光学课程的多渠道全方位建设.pdf

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1、高等理科教育2008年第2期(总第78期)3“光学”课程的多渠道全方位建设李玉红胡碧涛(兰州大学核科学与技术学院,甘肃兰州730000)摘要文章总结了兰州大学在“光学”课程建设中所采取的措施,从优秀教材的选用、多媒体课件的制作、习题集的编写、教师与学生的互动交流以及新的学生成绩评价方式的建立等多种渠道对光学课程的教学进行了全方位建设。关键词光学多渠道全方位建设中图分类号G64213文献标识码A“光学”课程是普通物理学的一个重要组成部分,是研究光的本性、光的传播和光物质的相互作用的基础学科,它和原子物理、电动力学、

2、量子力学等后继课程有密切的关系。近年来,光学在理论、方法及现代技术中的应用等方面都突飞猛进地发展,为了在光学课程中反映一些光学的新现象、新理论、新器件及新应用,教学内容也必须相应地做出调整,以便及时反映光学领域的最新科研成果。根据这样的需要,在兰州大学教务处重点课程建设项目的资助下,在教学活动中,我们从对光学教材的选取、教学内容的取舍、教学大纲的制定、教学素材的搜集以及教学方式的革新等几个方面进行了不断调整与革新,逐渐完善光学多媒体教学课件的制作。一、选用优秀教材,建立光学课程的基本骨架(一)选用优秀教材“光学”

3、作为一门大学物理基础课,其最大特点是内容杂乱繁多,没有贯穿较为系统的基本原理和理论框架。为此,我们选用了由北京大学钟锡华教授编写的《现代光学基础》教材,该教材是以麦克斯韦电磁波动理论为主体贯穿整个光学课程,是一本颇有广度和深度的光学著作,[1]概念清晰、物理图像丰富、数学推演简洁、内容新颖、语言明净生动。由于光学学科一直是伴随着对各种光学现象的观察、发现、分析和认识而逐步发展和建立起来的,因此我们在引进新的理论时,先介绍相关的光学现象,然后再讲授相关的基本原理,这样不仅符合人类由现象到本质的认知规律,而且还可以激

4、发学生的学习兴趣,加深对所学内容的记忆和理解,获得百闻不如一见的认知效果。(二)建立知识模块此外,“光学”也是与应用密切相关的课程。我们在讲解基本内容的同时,及时适当地穿插一些反映现代光学理论、技术及其成果的内容简介。由于采用了新的教学方式,提高了讲课效率,虽然教学体系作了调整,但并未增加总课时,而且提供了更丰富生动的教学内容。综上考虑,我们安排的光学课程教学内容包括:绪论(2学时)、几何光学(6学时)、波动光学引论3收稿日期2007-01-16资助项目兰州大学教务处第五批重点课程建设项目1作者简介李玉红(197

5、1-)女,甘肃会宁人,讲师,主要从事光学教学与研究1—96—高等理科教育“光学”课程的多渠道全方位建设(4学时)、光的干涉(10学时)、光的衍射(10学时)、光的偏振及光在介质界面上的反射和折射(8学时)、光在晶体中的双折射(8学时)、光学信息处理与全息照相(8学时)、光的吸收、色散和散射(4学时)、光的量子性与激光原理(8学时)、非线性光学简介(4学时),在各章的讲授中重点强调在不同条件下光传播的基本原理和规律、解决光传播问题的方法。例如:“几何光学”是用几何方法在一定的物理近似条件下处理光的传播行为,以费马原

6、理为理论基础得到单球面的近轴成像,并介绍变折射光学及其在实际中的应用;“光的干涉”让学生了解光波是如何在空间进行叠加的、实现光干涉的方法以及光的干涉测量在现代科技中的应用;“光的衍射”介绍光在空间传播时的波动特性,让他们掌握其理论基础,即基尔霍夫-惠更斯-菲涅尔原理(KHF),理解光的波动性在光学成像中的作用,以及如何通过波动理论改善透镜系统的成像本领;“光的偏振及光在介质界面上的反射和折射”和“光在晶体中的双折射”反映光的横波特性,这部分内容的学习可以使得他们对光的本性有更清楚和更全面的理解,并且了解光在各向异

7、性介质中的传播行为及其规律,以及各种偏振元件在实际中的应用;“光学信息处理与全息照相”是干涉和衍射的综合。这部分内容是光学课程的主体,占50学时左右。另外,由于我校无光学后继课程,为了让学生能较全面掌握光的性质,我们又增加了“光的量子性与激光原理”和“非线性光学简介”两部分内容。这部分主要介绍光的量子性及产生激光的最基本原理,以及在经典光学随着近现代物理的发展而出现的新现象、新理论和新应用等。二、精心制作“光学”多媒体课件,提高教学效率和效果(一)制作多媒体光学课件光学课程的重点是波动光学。但通常情况下,人们观察

8、到的光学现象更多的是光的几何行为,在开始学习光学课程时,大部分同学关于光的波动性认识很浅显,对光的理解和描述还停留在中学里学到一点唯象概念上。为了能够让同学们能尽快建立起光的波动性概念,我们授课时尽量采用从现象到本质的授课方式,先介绍特有的光学现象,这些现象可能不符合人们关于光的通常认识,如光的干涉、衍射、偏振等,通过这些现象,可以引起他们的注意和兴趣,激发他们了解内在本