如何改善波动光学教学方法探讨

吐尔逊·买买提

(和田师范专科学校理学院，新疆 和田 848000)

牛顿根据光在三棱镜中分成七种颜色的实验结果，提出了光是由微小粒子构成的光的粒子性说法。以后人类都在不断地探索有关光的本质问题。虽然人类很早以前在自然界中发现了光的衍射概念，但是无法用光的粒子性说法解释光的衍射问题。1805年英国科学家托马斯·杨根据光的双峰实验结果提出了光的波动性说法，1815年法国物理学家菲尼尔也提交了光的衍射实验论文，从此以后这两位科学家齐心协力，为波动光学的发展做出了很大贡献。

波动光学是光学课程中的重要组成部分，波动光学内容中有光的干涉，光的衍射和光的偏振等内容。

它们之间互相紧密联系，光的干涉和衍射都是由光波的相干而产生的光波现象，它们也具有异同点。教学中学生很难区分光的干涉和衍射现象的条纹分布特点，发生亮暗条纹条件。另外，光的干涉和衍射又分成很多种类，这也是教学中的难点。为提高教学效果，帮助学生更好地理解教学内容，要对教学方法作进一步改进。

因为光的干涉，衍射和偏振概念等内容既复杂，彼此之间又紧密联系，具有共同的教学系统(特别是光的干涉和衍射)，学生无法通过做实验观察到其本质现象。所以课前，教师必须准备多媒体教学课件，FILASH动画，演示实验仪器，教学视屏等丰富的教学资源，根据教学内容特点为学生创造有利的课堂教学环境。

大部分光学教材中将光的干涉，衍射和偏振分成三章内容，首先安排光的干涉和衍射内容，然后安排光的偏振概念，这三章内容紧密联系，所以教学中应注意让学生了解内容之间的联系和共同的教学系统(比如说光的干涉和衍射概念都讨论发生亮暗条纹条件，分类和应用)，以利于学生理解内容。

光的干涉和衍射现象都是由光波的相干而产生的光的波动性现象，教师在教学中应让学生深入了解什么叫波的叠加，光波的相干和发生相干的条件等基础知识，根据教学内容特点教学中必须要利用FILASH动画等教学手段，理论联系实际给学生讲解教学内容(比如说发生波的相干条件，如果没有这个条件也发生波的相干，那就同时不可能传播几千种波动)，以吸引学生对教学内容兴趣。

光的干涉现象分成分波面干涉和分振幅干。分振幅干涉又分成等厚干涉和等倾干涉，一般光学课程教学中首先学习杨氏双峰干涉，然后学薄膜干涉，牛顿环，迈克尔逊干涉仪，半波损失概念和干涉现象的应用等内容。这些内容多而分散，并且公式也多。所以教师首先让学生理解光的干涉概念分类，干涉现象的应用，教学循序，教学步骤，教学手段，教学目标和教学难点等，有利于促进学生的理解能力，提高学习的积极性。

光的干涉教学内容包括光的双峰干涉，劳埃德镜干涉，菲尼尔双面镜干涉，等倾干涉，等厚干涉和干涉现象的应用等内容。学生初学这些内容时普遍感到内容分散，公式多，推导公式过程复杂，都是一些虚拟概念，几乎没有什么实际应用。所以教学中，教师应该科学地分析每一章节的内容，利用丰富的教学课件，多媒体教学视屏，FILASH动画，演示实验仪器，创造丰富的教学环境，激发学生学习的积极性。其二，教学中为避免学生对教学内容产生一种虚拟概念，学这些内容几乎没有什么实际应用的看法，教师应重视利用丰富的教学资源给学生讲解教学内容，特别是光波的相干和相干条件等问题，理论联系实际讲解每一节内容，让学生多了解一些光的干涉现象的应用，教学中以多做习题巩固理论知识，适当利用演示实验仪器，让学生亲眼看到干涉现象。

光的衍射概念是波动光学重要组成部分，波动光学是教学难点，光的衍射教学内容包括光的衍射现象，惠更斯－菲尼尔原理，夫琅禾费单缝衍射，光栅，光栅光谱，夫琅禾费圆孔衍射等内容。

笔者认为相对光的干涉概念教学而言，光的衍射概念教学难点多。光的衍射概念教学难点就在于光的衍射现象的本质问题，惠更斯－菲尼尔原理，光栅和光谱等概念，虽然干涉和衍射现象都是由光波相干而产生光的强度均匀分布现象，光的干涉现象是几列波互相相干问题，而光的衍射现象是入射光波长和障碍物限度可以比较的条件下，光波绕射障碍物而产生的现象，从波动性本质来讨论问题，光的衍射现象是入射光绕射障碍物过程中波谷与波谷，波峰与波峰，波峰与波谷互相叠加而产生的强度均匀分布现象。对光的衍射概念教学而言，让学生理解衍射现象的波动性本质问题，惠更斯－菲尼尔原理是一个教学难点。教师应先给学生讲解光的衍射概念的波动性本质，电磁波，声波等也会发生衍射现象，有利于促进学生理解内容，让学生理解衍射概念在生活中的应用，以此激发学生学习兴趣。

另外，光的衍射内容教学中注意选择适当的培养目标和教学方法是一个教学难点。如按照教学大纲进行教学，但相对各节内容难点不同(比如说光栅，光栅光谱，夫琅禾费圆孔衍射等内容)，教师选择教学方法，确定教学难点和有些内容教学目标时应科学的分析学生基础知识结构，教学条件等因素，适当地调整有些难点教学目标，要注意教学内容复杂性，教法不适合教学对象实际等原因。避免学生产生认为内容很复杂，学也学不进去或者不想学等消极情绪的产生。

根据光的衍射现象教学内容复杂，应用性强，理论联系实际过程很复杂和做习题难等特点，教师教学中必须要充分利用丰富的教学资源，要重视提高教学效果，利用现代教学设备，教学软件，动画，教学视屏，演示实验仪器等教学手段创造丰富教学环境，严格避免教学手段和教法单一，课堂内以丰富的教学手段进行教学，促进学生理解理论知识，以多做习题和组织讨论课，重视培养学生理论联系实际能力和巩固理论知识。

根据光的干涉和衍射现象都是由满足相干条件光波的叠加而产生光强均匀分布现象，但是它们实验装置，发生条件和光强分布特点等方面有很多区别，为避免学生分不清干涉和衍射现象的异同，教学中教师应给学生仔细解释它们之间的异同，让学生深入了解并区分开光的干涉和衍射现象。

光的干涉和衍射现象证明光具有波动性性质，人类为进一步研究光波是纵波或者横波研究光的偏振状态，光的偏振概念有光的横波性，偏振光与自然光，偏振片，马吕斯定律，布儒斯特定律，晶体双折射，偏振光的干涉，人工双折射和旋光现象等内容，光的偏振内容教学相对光的干涉和衍射教学内容而言比较简单，但是这些内容对数学水平要求相对高，立体性思维要求较强，应用性强。针对光的偏振状态多和区分偏振状态过程比较复杂等特点，教师教学中应根据内容和教学对象特点，科学的选择教学方法，充分利用演示实验仪器，理论联系实际开展教学，重视培养学生动手能力和观察能力，以多做课内外习题，组织学生课堂内讨论，巩固理论知识，布置作业题测试学生水平，利用教学课件，教学视屏和动画课件等直观教学手段促进学生理解光的偏振现象的本质，培养学生思维能力。

从以上波动光学教学特点可以看出，波动光学的教学方法中凝结着现代教学的先进教学方法，所以教学前应准备丰富的教学手段和教学资源，要求授课教师具有丰富的专业知识和教学经验。

［1］冯璐.光学实验教学法的改进［J］.大学物理，2003(7).

［2］周木春.工程光学教学改革探索与实践［J］.中国现代教育装备，2013(19).

［3］陈刚.新编物理教学论［M］.华东师范大学出版社，2006.