光學課堂教學的趣味化探索

陳道群 熊飛 熊少華 周向陽

1 華中科技大學武昌分校 武漢 430064 2 通信指揮學院 武漢 430010

華中科技大學武昌分校的光信息科學與技術專業(yè)成立之初，是在華中科技大學的光信息科學與技術專業(yè)的部分教師的幫助下建立起來，最初的課程體制沿用華中科技大學一套。課程較難，部分學生直接對其不感興趣。

自2007年9月講授應用光學、物理光學，并助教光學設計課程設計、激光原理與技術，至今已經授課3輪。講授光學課程遇到的主要問題是：在學生是三本學生、光學課程學時普遍較少、培養(yǎng)本專業(yè)學生經驗相對較少的情況下，始終面臨如何提高學生的學習興趣、效率和增加學生的就業(yè)問題。

解決這一問題，先分析光學課堂教學的難點及興趣的重要性，再在光學課堂內外采取多種措施來激發(fā)學習主體內在的、原始的動力——興趣，問題便可得到較好解決。

1 光學課堂教學的難點

光學是一門歷史悠久的學科，尤其從1960年激光出現以后，光學以前所未有的規(guī)模和速度迅速發(fā)展，新課題、新概念、新技術不斷涌現，已形成許多分支學科和交叉學科[1]。

光學教學中有以下難點：1）光學知識的應用面較廣，學生看到的應用難以與所學知識聯系上，導致對所學知識的作用不了解，學習茫然，主動性不高，興趣低下；2）嚴格定義而又乏味的概念、符號較多，且難記憶，在不同光學課程中符號規(guī)則還可能不一樣，如在應用光學與激光原理中對光學面的半徑符號規(guī)定是不同的，導致光學矩陣的形式不同[2-3]，增加了學生的記憶難度；3）光學中公式繁多，推導較復雜，若只記公式的結果，其物理意義不易弄清晰，運用時易出現混淆和錯誤[4]。

而生活在這個五彩繽紛世界的許多學生，面對枯燥乏味的課堂往往只能保持10多分鐘的注意力。如何在光學課堂教學中提高學生的聽課興趣、延長學生的注意力，是眾多從事光學教學的教師的夢想。

2 興趣在光學學習中的重要性

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！奔础芭d趣是最好的老師”，當學習主體對光學產生濃厚興趣之后，自然就會沉浸在光學的知識海洋之中。捷克教育家夸美紐斯也說：“興趣是創(chuàng)造一個歡樂和光明的教育環(huán)境的主要途徑之一?！比绾渭ぐl(fā)學生源自內心對光學的興趣與熱愛就成了教授光學的教師的追求。

在此嘗試一條途徑，那就是在光學課堂教學中引入學生熟知的或感興趣的實驗和光電產品實例，或利用光電系統(tǒng)獨有的聲光效應激活干巴巴的光學課堂教學內容。當學生近距離接觸他們未來將要從事的工作可能觸及的產品，或他們從眼前的具有聲光效應的課堂教學內容中學習知識時，學生被激發(fā)出興趣甚至熱情的可能性是非常大的。

3 光學教學內容的趣味化改革實例

3.1 利用激光在光學課堂教學中做演示實驗，讓演示實驗重回課堂

由于激光具有高亮度，單色性、方向性、相干性好等特性，特別是He-Ne激光器小型化，很容易搬進課堂，演示的很多現象（如干涉、衍射等）效果較好，演示光路時（如全反射等）則可利用自制的散射裝置使發(fā)出的紅光光路清晰可見。通過激光用于光學課堂演示應用，使光學現象鮮明、有趣，從而提升學生的興趣。

3.2 設計利用圖像傳感器實現光電測量的實驗

光學課堂教學除了理論課教學外，還有至關重要的實驗課教學。對于針對二、三類本科生培養(yǎng)應用型人才的院校來說，實驗課尤其重要。盡管實驗課不同于理論課教學，可以讓學生看得見、摸得著他們要學習的東西，興趣要強于理論課，但仍有較大的改革空間。例如設計這樣的實驗課內容：由光源、實物、鏡頭、圖像信息采集、計算機系統(tǒng)等構成的光電測量系統(tǒng)，先由已知尺寸的實物和計算機屏幕上的圖像數據測算出物鏡的橫向放大率β等參數，再將未知尺寸物體替換已知尺寸物體，利用它（們）測量未知尺寸物體的尺寸數據，或利用光學衍射圖像測量細絲直徑。這不是傳統(tǒng)的沒有任何具體應用目標的實驗內容，如沒有光電測量應用目標的光路設計。二者比較起來，前者肯定會更多地引發(fā)學生的興趣與求知激情。

3.3 利用光電系統(tǒng)的聲光效應提高學生興趣

光電產品比之其他行業(yè)的產品，有著很大的針對市場的廣告宣傳優(yōu)勢，這就是它的聲光效應。將光電產品的聲光效應直接展現在用戶的眼前，就是最好的廣告宣傳。為什么不能將它的這一優(yōu)勢，用于光學實驗課教學，激發(fā)學生更大的學習興趣，提高教學質量呢？諸如紅眼航班飛機上間歇閃亮的紅燈——螢火蟲警示系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、紅外防盜器、汽車倒車防撞提示器、樓道照明燈的光控自動開關等，這些貼近人們的生活，又聽得見、看得到、摸得著的光學、光電類實驗課內容，一旦走進實驗課課堂，課堂對學生的吸引力可想而知。

3.4 加強學生參與光學課堂的積極性

在探索中發(fā)現，若教師在課堂上只是一味地講解光學知識，學生在第二節(jié)課時注意力明顯不如第一節(jié)集中。這是一個普遍現象，故采用以下措施：1）有時把第二節(jié)課的前5分鐘交給學生，讓學生播放他們在網上找到的有趣的光學現象、儀器、產品；2）點評學生在教師指導下完成的書本外的一些作業(yè)，如在應用光學中指導學生用Zemax完成文獻[5]中望遠鏡設計實例（主要是為后續(xù)光學設計課程打下基礎），在物理光學中學生利用薄膜設計軟件TFC設計太陽能電池表面薄膜，在激光原理與技術中利用激光腔仿真設計軟件分析摻Yb3+:YAG激光光腔的熱分析、效率與泵浦閾值等。前一種活動更受到學生歡迎，但時間上不宜把控。

3.5 組織課外光電科技創(chuàng)新活動

在任教的2007級光信專業(yè)的0701和0702班上，調查“你希望物理光學課怎么教”這一問題。從70份調查卷中反映出，67%的學生希望讓他們多動手。學校的光學課程是在模擬電子線路、數字電路之后開設，所以在開設光學課程的同時，組織學生進行課外科技創(chuàng)新活動。開展這樣的活動，有4方面的目標。1）通過實踐環(huán)節(jié)教學提高學生的實際動手能力。2）培養(yǎng)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。對于低年級學生來說，專業(yè)課中的任何問題，包括那些最簡單的實驗內容，對他們都具有創(chuàng)新性質，都可以培養(yǎng)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。例如2009年組織2008級學生的課外科技創(chuàng)新活動，學生在教師的指導下做出不少看似不可能做出的光電小系統(tǒng)。3）從學生入學那一天開始，就要讓學生在培養(yǎng)應用型人才的軌道上邁開自己的步伐，為他日后就業(yè)創(chuàng)造條件。4）將少數無節(jié)制上網的學生從誤區(qū)拉回學校來。課外科技創(chuàng)新活動是課堂教學的重要補充和必要支撐，也是光學課堂教學趣味化改革的重要措施之一。

4 效果

2007年（講授2005級光信專業(yè)的應用光學與物理光學）的學生評分為83.3分，2008年學生評分為89.0分，2009年學生評分為95.6分，物理光學課程被評為華中科技大學武昌分校2009年教學質量二等獎。從學生給教師打分可以看出，光學課堂教學的趣味化探索效果較為明顯。

5 結論

由于光學課程本身有很多的嚴格定義且難理解、難記憶的概念、符號和公式，光學課堂教學和光學教材顯得枯燥乏味。通過在光學教學中引入演示實驗，利用聲光效應、課外光電創(chuàng)新活動及自行設計的有趣的實驗來提高學生對光學知識的興趣，激發(fā)學生的主動精神，使學生積極去探索光學世界，來克服光學自身中的一些難點，達到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和自主學習的能力的目標。

[1]王秀琳.光學教學改革的探索與實踐[J].集美大學學報,2006,7(2):75-77

[2]李曉彤,岑兆豐.幾何光學像差光學設計[M].杭州:浙江大學出版社,2004

[3]周炳昆,高以智,等.激光原理[M].6版.北京:國防工業(yè)出版社,2009

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

[5]李麗,劉曉波.工程光學教學改革探索[J].實驗技術與管理,2009,28(6):129-131