許周速 嚴金華 張航

浙江工業(yè)大學理學院應用物理系

一、概述

“物理光學”課程作為物理類和光電信息類專業(yè)的專業(yè)基礎課，起得承上啟下的銜接作用。[1-3]該課程主要講授基本光學現(xiàn)象、原理及工程應用等內(nèi)容，具有理論性較強、物理規(guī)律較抽象、光學現(xiàn)象與規(guī)律講授難以生動形象等特點，導致學生感覺學習比較困難，很多知識不容易理解。因此，對于任課教師來說，需要探索新型教學方式，提升教學內(nèi)容的趣味性，提高學生的學習樂趣。

理工科院校提出了要培養(yǎng)擁有扎實專業(yè)知識、突出實踐技能、良好綜合素質的畢業(yè)生。專業(yè)知識來源于課堂理論教學，實踐技能來源于實驗教學環(huán)節(jié)。[4]目前，高校主要教學方法是理論知識的講授，但僅通過理論知識的學習，學生嚴重缺乏了實驗的動手能力和科研的探索精神。這對學生未來進入社會工作和進一步深造都是非常致命的。因此，迫切需要在“物理光學”課程教學中引入演示性實驗和設計性實驗的教學方法，它是理論與實踐、抽象概念與具體現(xiàn)象相結合的教學方法。它既是理論學習的補充和深化，也是傳授實踐技能與經(jīng)驗的教學方法。

二、堅持演示性實驗教學方法

光學源于人們對自然現(xiàn)象的感官認識，物理光學的很多理論都可以通過實驗重現(xiàn)。因此，在教學過程中，如何將物理公式和所描述的現(xiàn)象聯(lián)系起來，把抽象的公式轉化為清晰的實驗圖像，這是非常有必要的?！拔锢砉鈱W”課程主要涉及干涉、衍射和偏振等理論知識，相關內(nèi)容都可以通過簡單的光學器件將抽象公式所描述的光學現(xiàn)象直接展示在教室中，引導學生積極觀察和思考，加深對相關知識點的理解。例如，雙縫干涉實驗中，通過設計不同實驗條件（不同波長、不同雙縫間距等），來理解雙縫干涉的理論公式以及影響條紋間距的因素。在衍射知識點中，通過演示愛里斑實驗來驗證波長和圓孔直徑對愛里斑的影響。同時，還可以引出圖像分辨本領的概念。在偏振光知識點中，可以通過偏振片檢測手機或者電腦顯示屏的偏振特性，學生都可以檢驗自己手機是不是線偏振光，同時可以思考為什么液晶顯示是線偏振光。

三、探索設計性實驗教學方法

“物理光學”課程是應用性較強的課程。利用干涉原理可以進行精密測量和檢驗。利用衍射原理可以進行物質微結構研究。偏振原理可以用于光通訊。目前，光學技術在各個領域有著廣泛的應用：基于衍射的傅里葉光學、基于全反射的光纖光學等等。因此，為了實現(xiàn)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)，在“物理光學”課程教學中，需要引入設計性實驗的教學模式。設計性實驗主要是基于“物理光學”的基本知識，設計相應的實驗方案進行相關測量，引導學生將“物理光學”知識應用于實際應用。在這樣實驗教學體系下，學生學習從被動變?yōu)橹鲃?，學習積極性得到了很大提高。比如，光的衍射內(nèi)容，可以利用光學衍射的知識設計光纖光柵溫度傳感器，實驗原理可從光纖光柵方程出發(fā)，將光纖光柵反射中心波長與光纖纖芯有效折射率和光纖光柵常數(shù)聯(lián)系起來，通過溫度變化來改變光纖折射率和光柵常數(shù)，從而影響光柵反射波長，實現(xiàn)溫度傳感。光的偏振內(nèi)容，利用偏振光的布儒斯特定律設計玻璃折射率的測量實驗，利用光的旋光效應設計糖濃度的測量實驗。

四、結語

傳統(tǒng)的課程教學一般將課堂理論教學和實驗教學分隔開。但是，很多內(nèi)容應該是理論知識和實踐內(nèi)容相統(tǒng)一。在“物理光學”教學過程中，基于光學器件體積小、光學現(xiàn)象的實驗呈現(xiàn)可見度高等特點，將演示性實驗環(huán)節(jié)引入課程教學環(huán)節(jié)中，使得課堂和實驗演示有機結合起來，學生在學習理論知識的同時，進行實驗觀測，使得物理現(xiàn)象和規(guī)律實現(xiàn)可視性，從而提高學習效率。另外，在課程教學中，引入設計性實驗，引導學生利用“物理光學”課程知識，設計具有實際應用的實驗系統(tǒng)，提高學生學習積極性和創(chuàng)新性。