周木春 趙 琦 陳延如

南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 210094

工程光學(xué)是當(dāng)前高等院校光電信息科學(xué)與工程、光電子、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程[1,2]。也是光電科學(xué)技術(shù)、光學(xué)工程等方向從事相關(guān)科研工作的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。因此，其教學(xué)質(zhì)量影響著學(xué)生對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。工程光學(xué)主要有物理光學(xué)和幾何光學(xué)兩部分內(nèi)容。幾何光學(xué)主要內(nèi)容有幾何光學(xué)基本定律與成像概念、理想光學(xué)系統(tǒng)、平面棱鏡系統(tǒng)、光束限制與光闌、像差理論與典型光學(xué)系統(tǒng)；物理光學(xué)主要內(nèi)容有光的電磁理論基礎(chǔ)、光的干涉、光的衍射、光的偏振及波導(dǎo)光學(xué)等[3]。

工程光學(xué)包含內(nèi)容很多，教學(xué)中存在理論知識難以與實際應(yīng)用結(jié)合，定義嚴格而又抽象的概念、符號較多，難以記憶；公式繁多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，運用時易出現(xiàn)混淆和錯誤等難點[1,4]。導(dǎo)致學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)普遍感覺難度較大，較為抽象，進而學(xué)習(xí)主動性不高，興趣較低，很多學(xué)生在完成本課程的學(xué)習(xí)后效果不好[5]。針對這些問題，嘗試在教學(xué)內(nèi)容上以趣味化問題為引導(dǎo)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)手段上注重形象化促進學(xué)生的認知，在教學(xué)方法注重強調(diào)自主探索和實踐增強學(xué)生的理解，通過以上幾個方面的改革與試驗，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改進了工程光學(xué)的教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容的趣味化

興趣是最好的老師，在教學(xué)過程中，首先調(diào)動學(xué)生對所學(xué)課程的興趣，使學(xué)生產(chǎn)生強烈的求知欲。在工程光學(xué)課堂上，如果能結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)?shù)匾肴の缎詥栴}，提起學(xué)生的興趣，吸引學(xué)生的注意力，促進學(xué)生的思考，則能獲得良好的效果。

1.1 自然現(xiàn)象中的趣味性問題

我們生活的這個世界五彩繽紛，自然界五彩斑斕的現(xiàn)象都是通過人眼感知的光學(xué)現(xiàn)象，光學(xué)知識在日常生活、科學(xué)技術(shù)和工程項目中有著越來越廣泛的應(yīng)用。把自然現(xiàn)象中很多新奇、有趣、奇特的現(xiàn)象在講解相應(yīng)章節(jié)之前作為問題提出來，利用人的好奇心提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如講棱鏡的色散時可以先用彩虹的產(chǎn)生原理做問題，講薄膜干涉時可先用油膜呈彩色為引，其他如幻日現(xiàn)象、暈、華等成因都可作為問題。

1.2 科學(xué)研究中的前沿性問題

學(xué)生在學(xué)習(xí)中對所學(xué)內(nèi)容的意義與應(yīng)用不甚清楚，同時又希望對本專業(yè)的前沿問題及工程項目有所了解，在講授相關(guān)知識時，可以把相關(guān)的前沿?zé)狳c問題及應(yīng)用加在其中介紹，如激光對原子的冷卻與捕獲，3D電影與立體視覺，“神光”項目，“嫦娥工程”中的光學(xué)系統(tǒng)等。前沿問題豐富了學(xué)生的知識，同時開闊了學(xué)生的視野，而且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加強對光學(xué)專業(yè)的向往，促使學(xué)生更積極主動地學(xué)習(xí)。

1.3 光學(xué)發(fā)展歷史中的人物故事

在工程光學(xué)教學(xué)過程中，可將部分章節(jié)內(nèi)容回放到光學(xué)發(fā)展的歷史背景中，針對性地選擇一些光學(xué)發(fā)展史中的逸聞趣事，把科學(xué)家當(dāng)時發(fā)現(xiàn)光學(xué)規(guī)律、解決相關(guān)問題過程中遇到的困難，采用的方法和思考方式以情景故事的方式呈現(xiàn)出來，也可以吸引學(xué)生的注意力，然后再放回到當(dāng)前背景，指出不同時代對問題認識處理的差異。如在學(xué)習(xí)菲涅耳衍射時，可介紹泊松亮斑的由來。如果在教學(xué)中運用得好，能活躍課堂氣氛，使課程生動活潑。把科學(xué)家分析問題、解決問題的思維過程展示給學(xué)生，不僅傳授了知識，更重要的是對提高學(xué)生的分析概括能力和邏輯思維能力有很大幫助。

在問題的選擇上，要注意問題的新穎性和趣味性，另外還需深度挖掘問題，如在講授干涉原理之前，可以先用油膜、肥皂泡呈彩色的現(xiàn)象做引導(dǎo)，以干涉原理來解釋。一般此類課程教學(xué)中都會發(fā)掘到這一步，在討論到后面干涉系統(tǒng)的時間相干性或者光源單色性時，也可用此例子，白光下油膜呈彩色，但更厚的其他膜層卻沒有這種現(xiàn)象。學(xué)習(xí)楔形平板干涉時，討論到條紋的定域面時，油膜干涉也是一個很好的例子。這些內(nèi)容公式繁多，學(xué)生難有興趣，但通過一個簡單的生活案例，就可以把這些問題串在一些，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后還要引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，追尋問題的答案，進而投身于創(chuàng)新活動之中。

2 教學(xué)手段的形象化

工程光學(xué)部分內(nèi)容比較抽象，采用一般的講授方法學(xué)生難以完全接受和理解。如復(fù)雜的衍射，公式推導(dǎo)很難形成直觀的感受。人們對事物的認知規(guī)律是從感性到理性的漸進過程，可采用形象化的教學(xué)手段，如多媒體教學(xué)課件、視頻錄像、軟件仿真等手段促進學(xué)生的認知。

2.1 應(yīng)用多媒體課件

應(yīng)用多媒體課件將工程光學(xué)內(nèi)容圖文并茂地展示給學(xué)生，教師易于講授，學(xué)生易于理解，提高學(xué)習(xí)的效率。如幾何光學(xué)中的光路圖，采用PPT動態(tài)演示功能使教學(xué)內(nèi)容形象地展示出來，以此為基礎(chǔ)，可使學(xué)生更透徹地理解知識點。又如，在學(xué)習(xí)漸暈現(xiàn)象時，利用Flash動畫演示不同光線在傳播過程中受到的限制情況，清楚地在屏幕上顯示出來，讓學(xué)生較快地理解和接受。

2.2 應(yīng)用仿真軟件

在物理光學(xué)部分，尤其是討論干涉、衍射等內(nèi)容時，公式比較復(fù)雜，難以對公式中每個參量的作用有直觀認識。利用仿真軟件，可以把物理光學(xué)中各種光學(xué)實驗的結(jié)果仿真出來，以一維或者多維圖像的方式清晰直觀地顯示出來，同時在仿真程序中更改相應(yīng)的實驗參數(shù)，得到實時的仿真圖像，體會不同參量的作用效果。通過這種方式進行工程光學(xué)教學(xué)，同樣可以讓學(xué)生形象直觀地接受。

工程光學(xué)課程引入視頻、仿真軟件、PPT和Flash動畫等，對物理公式進行形象直觀的描述，從而使學(xué)生在感性認識的基礎(chǔ)上逐漸上升到理性認識，加深對關(guān)鍵知識點的認識，避免對知識的死記硬背，進而有效地提高教學(xué)效果。

3 強調(diào)自主探索與實踐

通過趣味化問題的引導(dǎo)，使學(xué)生提高了學(xué)習(xí)的興趣，但工程光學(xué)知識點多，課程公式也較多且比較深奧，加上學(xué)生沒有具體的工程實踐經(jīng)驗，學(xué)習(xí)時易停留于表面，缺乏透徹深入的理解和思考。這時可以把工程光學(xué)課程中抽象復(fù)雜的公式用于科學(xué)研究或工程應(yīng)用的相關(guān)子課題，作為實踐案例，由學(xué)生自主探索。學(xué)生在解決具體課題或工程問題時，對課程內(nèi)容有了深入的認識，理解也更容易一些，強化學(xué)生對工程光學(xué)課程知識的理解和應(yīng)用，同時提高學(xué)生的科研實踐能力。

在具體形式上，通過小課題制作、小論文設(shè)計加強學(xué)生對光學(xué)知識的熟練掌握和應(yīng)用，提高學(xué)生自主探索和創(chuàng)新研究的能力。引導(dǎo)學(xué)生參加一些和光學(xué)相關(guān)的科研訓(xùn)練或創(chuàng)新競賽，把課程知識和具體工程問題結(jié)合起來，實現(xiàn)多角度的人才培養(yǎng)。通過課題設(shè)計進行實踐，深化了學(xué)生對知識的理解應(yīng)用和對研究學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

4 結(jié)束語

通過對工程光學(xué)課堂教學(xué)方法與教學(xué)手段的探索與實踐，改進了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，提高了教學(xué)內(nèi)容的趣味性，調(diào)動了學(xué)生的課程學(xué)習(xí)積極性和主動性，把講課的重點逐漸從公式、知識點的講解傳授轉(zhuǎn)向培養(yǎng)學(xué)生利用知識分析解決問題的能力，使學(xué)生在學(xué)到具體知識的同時，學(xué)到獲取、利用知識的方法，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)。

[1]郭仁慧,高志山.談《應(yīng)用光學(xué)》教學(xué)的改進方法[J].高教論壇,2009(1):90-93.

[2]哈斯烏力吉,呂志偉,張愛紅.“物理光學(xué)”教學(xué)方法和考試方法的改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2012(6):88-89,109.

[3]郁道銀,談恒英.工程光學(xué)[M].第二版.北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[4]陳道群,熊飛,熊少華.光學(xué)教學(xué)的實用化探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(7):132-133.

[5]張中月,張志東,吳加貴.研究性實例在光學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].西南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012(5):173-176.