光学发展史在光学与现代生活通识教育选修课当中的作用

蔡勋

【摘 要】在光学与现代生活教学过程中要充分发掘光学发展史的功能，以史实为背景，创设适当的教学情境进行教学，这不但能丰富教学内容，使课堂富有感染力，又能启迪学生，提高学生的科学素质、培养学生的创新能力。

【关键词】光学发展史；通识教育；选修课；教学情境

光学是物理学中最古老的一个基础学科，又是当前科学研究中最活跃的学科之一。随着人类对自然界的认识不断深入，光学的发展大致经历了几何光学、波动光学、量子光学、现代光学等4个时期。光学与现代生活教学过程正是围绕这四个时期的主题进行教学。所以，在课堂教学中适当地渗透一些光学发展史，可以使学生加深对光学概念的理解，更好地掌握光学规律，也可以陶冶学生的情操，让学生受到科学家们对待事物的科学态度、思想方法的熏陶，让学生从中得到深刻的启示和启迪。

下面就光学与现代生活这门课特点，结合本人的教学实践，探讨光学发展史在教学中的重要作用。

一、光学与现代生活这门课程的特点

光学与现代生活这门课是面向我校各专业本科生的一门通识教育选修课。报名的学生以没有深厚物理基础的非理工类的文科学生居多。开设本课程是人文素质和科学素质互补性教育的需要。日新月异的光学科技发展影响着社会各个领域，提高学生的科学素质、培养科学思维方法、领会科学创新精神是开设光学与现代生活这门课程的重要原因。

二、光学发展史在教学中的重要作用

1.可以了解光学发展的全貌，消除对光学知识来源的神秘感，培养学生的创造性思维能力

教科书中的光学知识都是人们经过多次整理而形成的严密的理论逻辑体系。

因此，我们在教学中只重视对知识本身的讲解，而忽视对一些概念、规律产生的历史过程的讲述，就会使学生对光学知识的来源、理论体系的形成等都产生很神秘的感觉，会认为各个光学概念、原理和定律的获得只是历史上的某些科学家的灵感创造出来的，对于一般人而言是根本不可能的。进而会阻碍学生创造思维的发展。

事实上熟悉科学发展历史过程的人都知道，任何一个科学知识的获得，都必须要经历一个从低级到高级，从感性到理性，从片面到全面的发展和演变过程，而根本就不是任何天才的灵感偶然地创造出来的[1]。

比如：人类对于光的本性的认识就是经过几千年漫长的历史发展过程从几何光学光的直线传播开始逐渐达到现代光学比较成熟的波粒二象性的认识的。光的波粒二象性理论的发展过程是一个辩证的否定过程[2]。

光的波粒二象性同时对微粒说和波动说作了辩证的否定。它肯定了光有波动性和粒子性，又否定了波动性和粒子性的根本对立。

经过对这些科学史的本来面目的了解和熟悉，学生们就会慢慢领会任何一个重要概念、定理和重大理论的获得，都是经过否定继承发展的多次选择后得到的。

在教学中，虽然讲述时用的时间不多，但可以使学生了解光学发展的全过程。这种做法不仅会消除学生对光学知识来源的神秘感，还可以培养学生的创造性思维能力。

2.有助于培养观察和分析问题能力

观察能力的培养，最重要的在于对于现象的“处处留心”。分析能力的提高，根本在于学会从整体的大局出发，冷静客观地去对一个问题的前因后果进行细细的整理归纳[3]。

光学是一门以观察现象和实验为基础的自然科学，培养学生的观察、实验能力不但是学好光学的关键，也是科学素质教育的要求。

光学发展史描述了许多科学家善于从不被人注意的一些平常现象中细心地观察与思考问题的事例。

比如：教师可通过望远镜的诞生过程的讲授，使学生进一步了解观察问题和分析问题的重要性。

17世纪初的一天，荷兰小镇的一家眼镜店的主人利伯希，为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线，通过透镜看过去，发现远处的教堂塔尖好像变大拉近了，于是在无意中发现了望远镜的秘密，就将两个镜片装在筒里，制成了人类历史上第一架望远镜。意大利科学家伽利略得知这个消息之后，就自制了一个。他的第一架望远镜只能把物体放大3倍。一个月之后，他制作的第二架望远镜可以放大8倍，第三架望远镜可以放大到20倍。1609年10月他制作出了能放大30倍的望远镜。伽里略用自制的望远镜观察夜空，第一次发现了月球表面高低不平。此后又发现了木星的4个卫星。通过这样的教学过程，就自然使学生认识到了观察和分析问题的能力的重要性。

3.有助于激发学生的学习兴趣与积极性

“兴趣是最好的教师”[4]，学生学好一门课的关键首先是要对这门课感兴趣。

教师如果将要讲授的内容和一些故事紧密联系起来，可以吸引學生的注意力，激发学生的学习兴趣与积极性。比如：讲授激光前可以对激光的中文名字的来历进行讲解。激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光最初的中文名字叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激辐射光扩大”。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将LASER的中文名称改称了“激光”。通过这样的导入马上就能引起学生的注意力和兴趣，他们学习激光的积极性也被调动起来了，这样就会达到事半功倍的教学效果。

三、将光学发展简史融入教学中的途径

光学发展简史对教学的作用如此之大，如何将其融入教学中呢？

（1）可配合教材的内容，随堂随机渗透应用，这样使学生既学习了知识，又了解了知识的来源。比如：讲解量子光学时可以对普朗克、爱因斯坦等科学家的诺贝尔奖获奖成果和年代进行讲解，来激发学生的学习积极性。

（2）以“因特网+”的形式每周布置网上作业，让学生通过因特网了解科学家的生平或某个定律、定理的发现过程，但要与教材同步。因特网上有很多光学前沿的成果介绍，也有很多视频资料。可以把网址给学生让他们课外阅读。比如：激光在各行各业的应用等。

（3）利用多媒体定期播放一些科普片，增加学生对光学发展史的了解和应用发展前景的认识，充实他们的课外知识[5]。比如：像光学发展简史纪录片、还有激光的故事、哈勃太空望远镜和电子显微镜等科普片。

总之，光学发展史在光学与现代生活这门课程教学当中的应用，不是对教材的简单补充，它有许多不可替代的作用。教师在教学过程中要充分挖掘光学发展史的功能，灵活渗透于教学的各个过程当中，以史为背景，创设适当的教学情境，让学生进入历史认识光学发展的过程，并展望未来光学发展前景。这不但能丰富教学内容，使课堂富有感染力，又能启迪学生，从而提高学生的科学素质，培养学生的创新能力。

参考文献：

[1]颜振钰.物理学史新编[M].贵州科技出版社，2002（6）.

[2]申先甲，李艳平.谈谈物理学史在素质教育中的作用[J].大学物理，2000（11）.

[3]刘楚明.光学的发展史，应用与展望[J].科技创业家，2014（9）.

[4]于磊，林敬与.人文类专业大学物理课的教学探索[J].物理与工程，2003（6）.

[5]章登宏.物理学史在物理教学中的作用[J].物理与工程，2003（10）.endprint