浅谈如何讲好大学物理光学公式背后的“故事”

浅谈如何讲好大学物理光学公式背后的“故事”

何翠 武警警官学院基础部

摘要：课程教学是以人为本教育理念的回归，使教学模式、教学内容和教学设计等更符合学生培养需求，显现自然科学和人文科学在价值观引导和科学素养培养方面的功能。《大学物理》是面向全校理工科类本科生的一门基础必修课，本课程的目的是使学生熟悉自然界物质的结构，性质，相互作用及其运动的基本规律，为后继专业相关课程的学习奠定必要的物理基础。基于此，本篇文章对如何讲好大学物理光学公式背后的“故事”进行研究，以供参考。

关键词：大学；物理光学公式；背后的“故事”

引言

大学教育是高等教育体系最重要的组成部分，是培养高级专门人才和职业人员的重要环节和渠道。经过40多年的改革和发展，我国大学教育已经具有了一定的规模，并为我国培养了大量的人才。随着社会经济的高速发展，对大学生的要求越来越高，特别是对创新能力的要求。因此，对大学生创新能力的培养成为大学教学中的重要标。创新能力的培养通常离不开逻辑思维能力的培养，只有具有良好的思维逻辑能力，大学生才能独立思考和分析问题，提出个人的见解，为人类知识体系做出自己的贡献。因此，对大学生进行思维逻辑训练是非常重要的。物理学是研究物质、能量和物质间的相互作用的学科，是自然科学和工程技术发展的基础。物理学的理论与实验高度结合，其学习过程对于人们逻辑思维的训练和科学素养培养极为重要。逻辑思维是人运用概念、判断、推理等思维类型反映事物本质与规律的认识过程。对于理工类大学生而言，自然科学和工程技术知识是其学习和研究的主要对象，因而科学的逻辑思维训练必不可少。因此，大学物理也是大学理工科类专业必修的公共基础课。尽管如此，大学物理教学本身面临诸多问题，特别是对于以工科为主的高校，如学时大幅减少、学生学习积极性欠缺等；因此，如何在大学物理学教学面临新问题的情况下进行有效的物理光学公式训练值得探讨。

1光学

光不仅能够保证人们拥有观察事物的机会，使人们能够通过光的帮助，更加清楚地感受这个丰富多彩的世界，同时通过运用光学相关知识，人们还可以开发出各种各样的工具和设备，为日常生活、生产提供服务。如人们通过应用光学原理，制造了能够进行远距离观测事物的工具——望远镜，按照光学原理的不同，可以分为反射型望远镜、折射型望远镜以及折反射型望远镜等。应用这些望远镜，人们可以观察远处的景象，如观察鸟类、登山时观察远处情况等，太空望远镜还可以观测到太空中的美丽景象，使人们能够对未知空间拥有更多的研究资料。此外，生活中比较常见的一种光学应用领域，就是汽车领域，在汽车的倒车镜、后视镜，保证了驾驶员能够清楚地看到后方景象，提升了车辆行驶的安全性。

2教学现状

大学物理实验课程内容是由若干个相对独立的实验项目组成，涉及力学、热学、电磁学、光学及近代物理等众多内容。大部分高校安排大学物理理论课程与大学物理实验课程同步授课（少部分高校不同步），通过理论与实践之间的联系，促进学生对知识的掌握，并培养学生创新精神、动手能力和解决问题的实践能力。但在开放运行的模式下，受实验场地、仪器数量及教学时间的限制，学生只能根据个人时间近乎随机地安排实验项目，造成理论课程与实践环节之间脱节，打乱了原有实验内容安排先易后难、循序渐进的教学原则，破坏了教学内容设置的有序性和目的性。同时，无序的实验次序也给学生的课前预习带来很大困难，导致大部分学生放弃课前预习，进而完全依赖实验指导教师课堂讲授来完成实验，使学生在有限的教学时间内，对所学知识难以有效地吸收理解，形成学生囫囵吞枣、应付了事的学习心理，进一步夯实了大学物理实验课程是一门“送分”课的地位。

3如何讲好大学物理光学公式背后的“故事”

3.1时空穿梭———光程差

光是电磁波的一种，在讨论光的干涉、衍射、偏振等物理现象时离不开一个重要的物理量———相位差。为了更方便地分析相位关系，将光在不同介质中的传播都折算为光在真空中的传播，引入了光程和光程差的概念，从而相位差可用光程差来表示，它们的关系可表示为：｜ = （1）其中，δ=nL表示光程差，n和L分别表示介质的折射率以及两束相干光在介质中传播时产生的几何路程差，光程差的引入极大地简化了相位分析的难度。在实际教学中，这一概念的引入易给学生带来困惑，使学生在解决实际问题时搞不清相位差与光程差的关系，甚至把相位差与光程差混淆，产生了断层式的死记硬背光程差的定义，这要是由于学生没有搞清光程差的来龙去脉导致的。

3.2千军万马来相见之衍射公式

实际上从条纹形成过程来看，衍射现象与干涉现象没有本质性的区别，只是习惯上把无穷多子波的相干叠加说成是衍射。但是在形式上衍射条纹规律与干涉条纹规律极容易混淆，以单缝夫琅禾费衍射为例，衍射条纹的分布可以用下面的公式表示：asinθ= （1）想要更加高效地帮助学生辨别两种规律，从衍射条纹的分析方法入手，会有事半功倍的效果。在分析衍射条纹规律时，我们一般采用菲涅尔半波带法，利用任何两个相邻半波带所发出的子波引起的光振动将完全相互抵消的特点，较为方便地得出衍射图样的定性特征。与上文中将干涉过程比喻成两位剑客比武不同，这里可以将半波带法分析衍射规律的过程比喻成两国交战，千军万马针锋相对，所有的士兵以“半波带”为一个小队进行火拼，如果共分成了偶数个小队，敌对双方势均力敌，最终火拼完一个不剩，即为暗纹；如果共分成了奇数个小队，最终火拼完还剩下一个小队发光发热，即为明纹。针对半波带法，将衍射条纹的形成规律比作两军交战，可以形象地比喻半波带的含义，便于学生理解。

3.3大学物理实验教学改革

针对大学物理实验涉及力、热、光、电和近代物理知识，根据目前所开设的实验项目制作视频，讲解实验背景、目的与原理、实验仪器、操作步骤、实验结果和应用前景。视频中老师按步骤操作直至出现完整的实验现象和结果，并对在实验中出现的问题及实验数据处理做详细解释，确保学生利用电脑或手机随时预习。同时老师也会提供一些电子教案、习题库、作业库、工程案例库、教学素材库、文献资料库、大赛作品库和知识检索库等提供学生参考学习，线上教学模式有助于实验完成。加强大学物理实验形成线上和线下混合式教学，以学生自主学习为主，教师指导相结合的教学方式，从而激发学生学习兴趣和创新能力。

结束语

通过对大学物理光学公式体系重构，创新评价考核机制，充分调动学生的积极性，主动性，培养实践能力和创新能力，实现高素质应用型人才的培养。

参考文献

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