1、附件 7 光学课程教学改革初探吴现成 摘 要 适当压缩几何光学部分，删除原课程中与其他学科相重复的部分以及相对陈旧的内容，吸收利用最新教学研究成果，着重加强现代光学部分的讲授内容，并注意介绍光学研究前沿新动态，受到学生们的欢迎。针对教材与教法的改革做了调查，为深化改革取得了第一手参考资料。关键词 光学 教学改革 调查结果一改革背景在邓小平同志关于“教育要面向现代化、面向世界、面向未来”的思想指导下，1995 年原国家教委在全国范围内开始组织实施我国高等教育教学改革与研究计划，意在进行面向 21 世纪的大学本科课程体系的深入改革，培养出符合21 世纪要求的高科技人才。光学是物理学中最重要的基础学
2、科，也是现代科学技术迅速发展、崛起的重要支柱。自从六十年代初第一只红宝石激光器诞生以来，光学发生了划时代的变革，获得了新的生命力，成为当前发展最迅猛、最活跃的科学研究前沿之一。以激光为基础的现代光学，包括傅里叶变换光学、非线性光学、光电子学和量子光学等许多新的分支学科，已渗透到许多领域，在工农业生产、交通运输、能源动力、医药卫生、信息处理、现代通信、科研实践、国防军事以及文化艺术中都得到了及为广泛的应用。可以预料，进入 21 世纪后，光学无论是在理论上还是在实际应用中，都将向更广更深的方向迅猛发展。从 80 年代末期到现在，飞速发展的激光技术以及与半导体微电子学相结合而形成的光电子学技术一起，
3、经过数十年的演变，已经逐渐代替了 20 世纪 50 年代曾经占世界科技先进领域的半导体科研与工业，可以预见 21 世纪将是微光电子学的世界，现在广泛应用的电子计算机（电脑）将逐步被运算速度更快、并行处理更强的光学计算机（光脑）所代替，光学神经网络也将得到迅猛发展。因而面向 21 世纪的光学课程，迫切需要教学和教材现代化，为满足这种发展形势而培养出高科学素质的人才。兰州大学物理科学与技术学院从 97 年开始，在院领导的大力支持和指导下，对光学课的教材和教法进行了尝试改革，至今已应用于物理系和现代物理系几个年级的教学，取得了较好效果。现把光学课程改革情况以及针对课程改革所做调查的结果通报如下，希望
4、能与众兄弟院校交流，共同努力，完善教学教材的改革，教出符合时代要求的光学课。二改革指导原则及目标1从光学课程自身的特点出发，着重解决好几个突出的矛盾。 吴现成 兰州大学本文得到兰州大学教学研究的资助.这次课程改革，主要是着眼于培养 21 世纪的新型高科学素质人才，应该努力解决好更新学科内容与现有知识结构的矛盾、增大课程容量与有限学时的矛盾、扩大知识覆盖面与加强光学课程整体系统性的矛盾。光学课程自身的特点非常明显，与其前期所讲授的力学、热学、电磁学以及后继的原子物理学等课程在物理思想上不能很好地保持密切的连贯，并且自身涉及范围也非常广泛，头绪较多，不象电磁学或者经典力学那样有一个贯穿始终的思路而
5、形成比较完整的体系。因此，在进行改革时， 既要注意讲授必要的传统内容、光学的基本概念、基本物理思想和基本技能，又要注意大力加强现代光学基础，努力做到基础光学内容的现代化以及现代光学内容的基础化；既要注意严格的演绎推理，又要注意进行归纳综合；既要注意按部就班、循序渐进，又要注意适当地前后穿插、 互相渗透并使它们融为有机一体，使学生不至于感觉到过分零乱而影响对课程内容的理解和掌握。在内容上，去掉相对陈旧的东西，删除与其他课程重复的内容，不刻意追求一门课程的完整性和系统性，从实际出发，注重讲解课程内容的重点、难点，给学生讲透思考问题的思路、处理问题的方法，大量的一般内容留给学生自己看，这样做，既可以
6、节省大量时间，为增添现代光学的内容创造了有利条件，又突出了课程重点，轻重缓急层次分明，进一步也可以培养学生的学习能动性，使学生变被动学习为主动学习，提高学生的整体素质。2光学课程既是学生学习现代科技知识的基础课，又是培养学生科学素质的基础课。在光学课程改革中，把光学课程内容的学习从以知识教育为主转变为把科学素质的教育为主，培养敢于创新、善于思索的 21 世纪新型人才，着重培养学生的创新精神和自主学习的能力，从强调依靠教师 “教会”, 转变为注意引导学生 “学会”, 并使学生 “会学”。为此在改革中还要注意吸收利用近年来教学研究新成果，反映光学研究最新动态，介绍光学在生产技术和边缘学科、交叉学科
7、中的应用，通过这些知识的传授提高学生的科学素质和能力，为学生知识、能力、素质协调发展创造条件；同时，也可以扩大学生的知识面，增强创新意识，提高学生学习光学的积极性。三改革内容在具体的改革中，我们主要在以下几个方面进行了尝试。1在保证基础内容的前提下，我们适当压缩经典光学的内容（主要是几何光学和光学仪器部分） ，删除与其他学科相重复的部分（相对论、光的量子性）以及比较陈旧的内容（比如测定光速的斐索齿轮法等） ，为增加现代光学的内容赢得了时间，创造了有利条件。2充分利用有关光学课程的最新教学研究成果，重视教材内容的科学组织及教学方法，增强光学课程各个部分之间的逻辑性，这样做不但节省了学时，而且提高
8、了教学质量。3在有限的教学学时内（72 学时） ，较大幅度地充实了现代光学的内容，改革后的光学课内容包括：几何光学，光的干涉，衍射，偏振，散射及色散，激光，傅里叶变换光学，光学全息和非线性光学，共九章。其中现代光学部分由原来的一章增加到四章，大约需 28 学时，占总学时的 38.9%。但调查结果表明，大多数同学仍嫌现代光学部分讲得太少。4在整个具体的教学过程中，结合讲授内容，介绍光学研究的热点、重大发现和进展，注意课程内容与实际应用的联系，激发学生对光学课的学习兴趣，通过这些知识的传授提高学生的科学素质和能力。比如讲激光时介绍激光冷却与捕获原子的方法，讲全息时介绍光盘存储及存储材料研究的新进展
9、等。5采用现代化教学手段是光学课程现代化的必然要求。利用电化教育和计算机辅助教学，可以将抽象的教学内容形象化，能激发学生学习的兴趣，提高学习效果和教学效率，缩短上课时间。四课程改革调查和启示为了了解学生对光学课程改革的反映，检查不足之处，以便有针对性地对教材内容进行适当的取舍和组织，对部分课程内容的教学处理的方法加以改进，有目的地指导学生更有效地、更为主动地学习，使学生对课程内容更易理解和乐于接受，我们在物理系、现代物理系几个年级的学生中，采用书面不记名问答的形式，进行了比较深入的调查，共收回有效问卷 241 份。对调查的大部分结果，加上平时与学生交谈、对学生的走访所取得的第一手资料进行整理，
10、汇总如下。1在所收回的 241 份有效问卷中，有 57.72% 的学生明确表示喜欢光学这门课，明确表示不喜欢的仅占 2.07%。这说明光学这门课在学生心目中还是很受欢迎的，光学课程自有它独具一格的魅力，更为重要的是，光学在现代科学技术中、以及我们的日常生活活动中的广泛应用和举足轻重的地位，也是学生对其感兴趣的原因之一。2对现代光学部分的教学内容，有 77.18% 的学生认为偏少，只有 4.56% 的人认为偏多，却有 21.16% 的人认为内容偏难。这说明有 1/5 左右的学生在理解和接受现代光学方面存在着不同程度的困难。若要再增加现代光学的内容，问题的关键不是增加多少才合适，或者增加哪些内容，
11、而是如何使学生能够顺利地理解和接受这些东西，这是我们每一个任课教师必须面对、思考和应该加以解决的问题。这个问题是教学研究和改革中一个更深层次的问题，如何处理好这个问题，才是这次光学课程改革中真正的关键问题所在，对这个问题处理的是否合适、恰当，从根本上决定了这次改革是否会取得成功。3在光学课的九章内容中，高达 69.98% 的学生认为最难学的章节是傅里叶变换光学。该章使用高等数学较多，与其他章节比较起来显得更为抽象，尤其对空间频谱分析和阿贝成象部分，学生们理解起来普遍有些困难。希望在高等数学教学中，加强有关傅里叶变换方面的内容，我在讲授这部分内容之前，实际上已经给学生进一步补充了有关的数学知识。
12、数学对学物理来讲，是一个必备的不可或缺的工具，怎样在有限的学时内，使学生很好地掌握数学，更重要的是怎样使学生学以致用，这不但是数学教师的任务，也是物理教师不可推卸的责任，这个问题直接关系到物理课程教学与改革的成败。对此我们将另外单独立项，从物理教学实用的目的出发，加以深刻研究。令人欣慰是的，兰州大学教务处已经认识到这个问题的重要性，正在逐步开展数学与物理学、地学、生物学、化学等学科的交叉渗透的研究以及与这些学科中部分教学内容的优化整合。除此之外，学生认为比较难以掌握的其他章节还有：偏振（20.33%） 、光学全息（19.09%）以及散射及色散（15.77%） ，认为激光这部分难学的仅占 6.6
13、4%。4相对来讲，有 61.83% 的学生对光学全息感兴趣，对其他部分感兴趣的有：激光（42.32） 、偏振（31.54%）以及光的干涉和衍射（分别是 19.09% 和19.92%） ，对傅里叶变换光学感兴趣的只占 12.86%，而这一部分内容恰恰是学生感到最难掌握的。由此可以看出，提高学生们的学习兴趣，对促进课程内容的理解和掌握大有裨益。因此，如何激发学生学习光学的兴趣，也是授课教师必须直接面对的一个问题。这在很大程度上决定一个教师上课是否受到学生欢迎，也在很大程度上决定对光学课程的改革是否会取得成功。5有 65.19% 的学生觉得需要光学课程学习指导之类的书，而 31.95% 的学生认为不
14、需要。遗憾的是我们没有对相关的学生的学习程度、考试分数加以统计，不清楚需要学习指导书的这部分学生学习如何，不需要指导书的学生学习如何，这是我们的失误，希望在后续的深入改革中加以弥补。6学生们就光学这门课提出了不少有益的建议，汇总起来主要有以下几点：（1）尽早编写出逻辑性更强、涉及知识面更广、更适合学生看的教材。好的教材应该具有前沿性，科学性，更应该具有教学适用性，并能体现理科特色。现有的几种光学教材，或多或少的都不是很尽人意，不是现代光学知识数量不够、覆盖面不宽，已经不适合现在的课程要求，就是写得有点过于像是科研方面的专业参考书，忽略了基础概念、基本知识的讲解和基本技能的传授，而不是教学用书。
15、真正的教学用书，自然有它自己的出发点和内在结构，有它自己的内在逻辑和规律。它面对的读者群是学生而不是教师、更不是专业科研人员。 （2）重视基础知识，多讲授现代光学，多涉及光学科研前沿；（3）尽量使用多媒体教学，使课堂教学更加形象化；（4）多联系实际应用，努力提高学生学习兴趣；（5）改革考试方法，更好地发挥考试的评定、诊断、反馈、预测和激励的功能，使考试更好地为素质教育服务。 （6）多做课堂演示实验。从调查的结果可以看到，我们对光学这门课程的初步改革，还是比较成功的，方向是对的，抓住了改革的要点，得到了学生的认可和欢迎。这对我是一个很大的鼓舞，刚开始改革时的担心和不安完全消失了，代之是更多的勇气
16、和信心。光学课程的教学改革是多方面的，也是系统性的，有些做法是否妥善有待于进一步的实践去证明，我们将在学院和学校领导的支持下，把这项改革深入下去，最终取得比较圆满的结果，为迎接 21 世纪的挑战做出贡献。参考文献1 T. H. Maiman, Nature 187 (1960 ) 4932 T. H. Maiman, Phys. Rev. Lett., 4 (1960 )5643 李志能， 现代光学系统原理 ，北京理工大学出版社（北京） ，19944 宋菲君， 从波动光学到信息光学 ，科学出版社（北京） 19925 雷仕湛，应兴国， 激光与现代化 ，科学普及出版社（北京） ，19836 陈发贵，李莉，刘锦宏， 兰州大学学报（自然科学版） ，32 (1996) 637 沈元华， 大学物理 ，16 (1997) 438 G. B. Lubkin, Physics Today, 1 (1996) 229 陶世荃， 物理 ，26 (1997) 7910 姚启钧， 光学教程 （第二版） ，高等教育出版社 199611 章志鸣，沈元华，陈惠芬， 光学 （第二版） ，高等教育出版社 2000
