大学物理与中学物理课中有关几何光学部分的衔接教学研究

李艳红

摘要： 本文首先比较了教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会编制的理工科类大学物理课程教学基本要求（2008年版）（以下简称“要求”）和《全日制普通高中物理课程标准》（以下简称“新课标”）中关于几何光学部分内容的基本要求，对大学物理教材和高中物理课程标准实验教材的恒定磁场部分进行了对比，然后通过分析总结了几何光学部分在要求和教材内容方面的衔接及深入，希望在几何光学内容的有效衔接方面为大学物理教材的编写提供一些有益的参考。

关键词： 大学物理中学物理几何光学衔接

中学物理课程与大学物理课程在教材上有着一定程度的重复，更有着深度、广度与难度的提高和拓展，不可避免地在大学物理与中学物理之间存在着内容和环节上的一些脱节。因此，找到大学物理教材和中学物理教材内容上的衔接点，然后抓住衔接点使大学新生顺利完成从中学向大学的过渡，不仅可以提高学生学习大学物理的兴趣，而且有助于大学后继课程的学习，有利于学生综合素质的提高。因此，对现行大学物理课程和中学物理课程的衔接情况进行研究具有一定的必要性。

本文中，以理工科类所采用的大学物理教材、普通高中理科生所采用的人教版物理教材和初中生采用的人教版物理教材（主要是前两者）为参考，对大学物理的几何光学部分（大学物理下册第17章几何光学［1］）如何与中学物理中相应知识（选修2—3的第1章光的折射和第2章光学仪器［2］）衔接的问题进行了分析和探讨，理清这些问题将有助于促进大学物理课程改革健康有序地发展，同时也希望为中学物理课程改革提供一定的借鉴。

1.大学物理课程和中学物理课程基本要求的对比

对照《大学物理基本要求》［３］与《全日制普通高中物理课程标准》（简称为《新课标》），从教学目标看，《中学物理课程标准》把基础物理知识与技能学习、自主探究的过程训练和方法体验、情感与价值观的培养有机地结合起来。而《要求》则强调在系统掌握物理知识和方法的同时，还要注重培养学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识，努力实现学生的知识、能力、素质三方面的协调发展。显然，大学物理教学要求是在高中物理要求的基础上加以提高。

所以，将《要求》和《新课标》中对几何光学部分的基本要求做比较，分析大学物理中几何光学部分知识点的分布特点，结果见下表。

通过对比可以发现，大学物理几何光学部分中有60%以上的知识点在中学物理中出现过。然而，大学物理的内容既不能是对中学物理知识的重复讲解，又不能完全抛开中学物理的内容，直接引入新的知识，否则就会出现知识连接脱轨的现象，那么大学物理应该如何衔接中学物理知识，并顺利引入新的知识呢？下面我将针对部分典型问题进行具体分析。

2.共同涉及知识点的相关要求及教材衔接处理

通过对比，大学物理中几何光学部分的知识点在中学物理中已涉及的主要有以下几个：几何光学基本定律、折射率、光在平面上的反射和折射、全反射、薄透镜及其成像公式和作图法、光学仪器。

1）几何光学基本定律包括：光的直线传播定律，光的反射定律（镜面反射和漫反射），光路可逆性，光的折射定律。前三个定律一带而过，做衔接的铺垫。

2）折射率：在折射定律中将中学的折射率细分为：①相对折射率=n=（第二种介质相对于第一种介质的折射率）；②绝对折射率n=（相对于真空的折射率）。然后斯涅耳定律是折射定律的另一种常用形式，由相对折射率和绝对折射率两个公式推导而来：nsini=nsinr。

3）光在平面上的反射和折射：大学物理教材上点了一下实像和虚像，由同心光束在折射时被破坏导出一种现象叫像散，从而接入新知识“视深度”，视深度是入射光线交主光轴的点离界面距离P与折射光线反向延长线交主光轴的点离界面距离p′，得p′=p。

4）全反射、薄透镜，薄透镜的作图法和光学仪器部分：除了基本的定义和条件外，还介绍了一些全反射的用途和薄透镜的一些内容，其他只做了解用。

3.新增知识点的相关要求及教材衔接处理

大学物理几何光学部分知识点中新引入的知识点主要有以下几个：斯涅耳定律、视深度、光在球面上的反射和折射、薄透镜的横向放大率、薄透镜的光焦度与焦距。下面以一个典型例子分析大学物理教材对该部分知识的设计。

如图，从光源S发出光线SA到半径r、曲率中心为C、顶点为O的球面反光镜AOB上，反射光线交主轴于S′。则光线SAS′的光程为△=nl+nl′；其中（余弦定理）：

光程△是角度φ的函数，根据费马定理，物象间的光程应取极值或常量。故对其求导并令其倒数为零。

=n［2r（r-p）sinφ］+n［-2r（p′-r）sinφ］=0；

化简得-=0

在近轴条件下，φ很小，可认为cosφ≈1，此时l≈和l′==-p′；带入上式得+=

当入射光是平行光时即p=-∞，得p′=，此时p′即是焦点，焦距f′=可得近轴区域的球面反射成像公式：+=，是一个普遍适用的物像公式。

就像这样的推导方法一样，先由中学的知识开端，加进大学物理的内容，使定律从理想状态的使用条件推广到普遍适用的公式。

4.结语

大学物理中几何光学部分的内容除一些知识外，绝大多数概念学生在中学阶段已有接触，故教材设计中的展开应适度，避免重复。

对于大学物理中的新增知识点，由于大学生都已初步具备了独立思考、分析和应用知识的能力，就不能像对待中学生一样，应用图画或大量例子使其理解的设计方法，大学教材对新知识的设计，应注重知识点之间的联系，注重综合分析能力和知识应用能力的锻炼，还应突出设计手法上的灵活多变。总之，大学物理教材的设计在知识的衔接上既不能繁琐地重复讲解，又不能出现知识的断点，这样才能真正做到大学物理教材设计的最优化。

参考文献：

［1］尹国盛，彭成晓.大学物理（下册）［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］张大昌，彭前程等.普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1.人民教育出版社，2007.

［3］教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理课程教学指导分委员会.理工科类大学物理课程教学基本要求［M］.北京：高等教育出版社，2008.