何颖君，陈星源，徐祥福
广东石油化工学院 理学院，广东 茂名 525000
[摘要] 以偏振光的教学内容为例，在理论教学的非实验环境中进行实验演示、以高科技应用和生活应用为例，同时让学生参与到实验中、实现师生互动，根据要达到的教学目标，以问题层层引导学生思考，从而实现目标知识点的学习。形象、直观的教学，引起学生的兴趣，调动学生的积极性和热情，产生学习知识的内动力，对学习的知识理解深刻，并学会应用理论解决问题，起到良好的教学效果。
[关键词] 光学教学；实验；应用；问题；偏振光
物理学是一门研究自然科学的基础学科，研究内容广泛。大学物理课程在理工科专业中有着重要的地位和作用，大学物理是世界各国理工科大学都要开设的一门基础课程。大学物理中的光学模块是物理课程的重要组成部分。光学在军事、民用上已广泛应用，并且有很大的发展前景。我们身边也无时无刻不存在着光学现象，学习好理论知识，就能用理论去分析解释身边的光学现象，无形中提高了对生活现象的观察和思考能力，提高了学生的综合素质。因此，学好光学知识，不仅是知识的增长、视野的开阔，还是专业发展的需要，更是对能力和综合素质的培养和提高起到很大作用。
1 大学物理光学模块教学过程中常见问题
1.1 前期理论基础欠缺
大学物理需要一定的高等数学基础，有的学生不重视、不理解高等数学公式的意义和推导过程，只会机械运算，因此，在物理学上就很难正确、灵活地运用数学知识。再者，大学物理需要严谨的逻辑推导、理论性强，有很多物理公式和较多的数学运算，其中只要有一个环节没掌握好，学习就会卡断，导致后面的学习无法继续，因此不少学生感觉此课程很枯燥和难度很大，感觉到学习物理非常吃力，对物理课程望而生畏，对物理课程失去兴趣。大学物理的光学模块虽对数学运算要求不如前面部分的要求高，但是光学模块教学一般是安排在大学物理较后时间段，但此时不少学生已对物理课程有了排斥心理。
1.2 理论和实验不同步
物理学习由理论和实验两部分组成，学习理论需要通过实验来加深理解和验证。而大学物理理论课程和大学物理实验在教学安排上往往是脱节的，实验和理论不能同步，有些理论课学完很长时间了，才进行相关实验，有的实验课跟相关理论内容不在同一学期开设，甚至有的先做了实验才开设理论课。因此学生在实验课上只是机械地按照实验步骤操作，没有起到通过实验加深理解理论、验证理论的作用，也不能用学习过理论知识来指导实验。
1.3 光学图像超出学生的想象
光学学通过公式来说明光学现象和光学图像，而基于学生的基础和能力，很多图像超出学生的想象，无法理解形成的图像和现象，所以学生感觉到光学很抽象，对所学知识无法深刻理解，更加无法灵活运用。
根据上述的大学物理教学过程中常见的问题，教师要努力去解决这些问题，以使得大学物理课堂教学达到最好效果。经过探讨和尝试，以身边的现象和应用为例子，演示实验，以学生为主体，让学生参与到实验中，调动学生的积极性，引起学生的注意力，学生也能感觉物理不是脱离生活的纯粹的理论知识了。学生通过直观、形象的现象，能对所学知识理解更深刻、体会到生活的丰富多彩，体会到知识与生活的密切联系，能对知识产生浓厚的兴趣，增加好奇心，产生学习的内动力，增加对生活的热爱和思考，从而提高学生的综合素质。下文以偏振光的教学为例，对课堂教学进行了设计。
2 大学物理教学过程中演示光学实验、应用举例
本节要讲授偏振光，内容比较多，包括自然光、线偏振光和部分偏振光的定义以及符号表示法、起偏和检偏、马吕斯定律和布儒斯特定律等知识点。设计了如何在非实验实环境的理论课堂中进行实验、师生互动来讲授偏振光知识，同时提出问题引导学生思考，循序渐进地把学生引导到要学习的知识点上。
2.1 师生互动、演示实验
用手机的手电筒和两片偏振片来演示验证马吕斯定律的实验。实验一开始，首先把教室光线尽量减到最暗，请两位同学上讲台参与演示实验，这样更把大家的积极性调动起来了，也引起了大家注意。提示学生注意整个实验过程的光强变化：
1）手电筒照射到墙壁上的光强；
2）手电筒和墙壁之间放置一块偏振片，并且旋转偏振片，偏振片后光强是否有变化；
3）接着用手电筒和墙壁之间放置两块偏振片，并且旋转一块偏振片，偏振片后墙壁上的光强变化。
由此实验现象引出马吕斯定律。这种实验条件简单，容易操作，现象能让学生对偏振片产生好奇，形象生动地把理论演示出来，学生对偏振片有了深刻的认识，对马吕斯定律也理解深刻了，看到检验自然光、线偏振光的形象、直观地现象。
2.2 以科技成就讲述偏振片的应用
1 以学生熟悉、感兴趣的影视片段引出问题
纯粹讲授理论，学生不仅觉得课程枯燥、容易忘记所学的理论知识，体会不到学习物理课程的作用，也会越来越忽视物理课程。而联系到生活中的应用，以学生很熟悉、密切相关的应用为例，学生不仅体会物理知识的作用、对学习的理论有深刻的理解，激发学生对物理的热爱、思考，也激发学生将理论运用到实践中的动力。现以3D电影为例讲授偏振片的应用。绝大多数学生看过《哪吒之魔童降世》电影，对这部电影非常熟悉，也对这部电影非常感兴趣，播放此电影中的其中一个立体效果非常明显的精彩片段来提出问题：
1）在教室投影屏幕上看到的片段何在？
2）电影院看到的3D电影感觉上有何不同，有无电影院看到的立体感?”毫无疑问，答案是一致的：“3D电影院看到的有立体感，而教室投影屏幕的片段没有立体感。
接着引出下面两个问题：
1）为什么双眼看到实物有立体感？
2）3D电影如何实现立体感的？
由此引起同学们探讨相关物理原理的好奇心和内动力。
2 以生活例子进行实验、师生互动
首先进行师生互动，由简单的实验解答上面提出的前两个问题，即双眼看到实物有立体感的原因。用一个6个面涂上不同颜色的立方体进行演示。让学生带着问题如下问题进行观察：立方体在同一位置时，分别用左、右观察到立方体的画面各是如何？同一眼睛观察立方体在不同位置的同一面，观察到画面是否一样？教师拿着立方体三次由教室前方慢慢走到教室后方，学生每次分别用左、右、双眼眼观察立方体。学生总结讨论、回答观察到现象。教师进行再总结讲授。人眼相距5--6cm，从不同的角度看物体，所以看到的画面是不同的。视网膜把两只眼睛看到的信息传送到大脑，大脑经过处理，就有了立体的感觉。当物体移动时，左右眼所看到的画面都发生了变化，大脑再处理信息，就有了问题移动距离的感觉。而只用一只眼睛观察物体，就很难判断出物体的远近。通过这实际生活的例子和师生互动，学生的积极性已调动起来，注意力集中起来，对后面的学习兴趣更大了。进而讲述《哪吒之魔童降世》立体效果的原理。
3 科技成就——3D电影立体感
从3D电影的拍摄和放映来解释其立体效果。首先提出问题：
1）观看3D电影时，为什么要带眼镜？
2）观看3D眼镜观看身边的实物有和异常？
3）这时没带上3D眼镜而直接观看屏幕，能否看到清晰的画面？
4）看到的画面是怎么样的？”
这些问题，都能把学生带回到看3D电影的记忆中，对学生以后要注意观察生活起到引导作用。
进而对3D电影的放映和观看过程进行引导学生用偏振光原理来分析。拍摄时用两台摄影相距较近，机模仿人的两只眼睛，拍摄到实物不同两个角度。播放时，两台摄影机同时播放，在每台摄影机镜头前分别放置偏振化方向互相垂直的两片偏振片，这样有两个画面投影到屏幕上。这两个画面是投影机从不同角度拍摄到的，不是完全相同的，所以直接观看会感觉到重影。而投影机通过偏振片投影到屏幕上的两幅画面的光的偏振方向是互相垂直的。3D眼镜是左右眼镜片是偏振化方向互相垂直的偏振片。因此，带上3D眼镜后，左右眼分别看到与振动方向眼镜偏振化方向相同的画面，也就是两个不同角度的画面，从而有了立体的感觉。这就是立体电影的原理。
问题拓展，引导学生进一步思考分析问题，带上眼镜后，如果将头部侧歪，会看到清晰立体的画面吗？
2.3 运用理论解决生活中的问题
提出问题：
1）夜晚行车，来车车灯炫目，造成安全隐患，如何解决此问题？
2) 如何做到只能看到自己的车灯发出的光，而看不到来车的车灯发出的光？提示学生根据偏振片原理思考。
如果来车车灯的光的振动方向和司机所能看到的光的振动方向互相垂直，就看不到来车车灯了。如何实现？所有汽车的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角。座位相邻的两个同学一组作为相向而行的两车，进行实验。举起右手，前臂方向左上至右下方向，表示偏振化方向，对面两同学的前臂则是互相垂直，也就是司机能看到的光的振动方向和来车车灯发出的光的振动方向互相垂直，通过形象的动作，这样同学们就明白了原理，对偏振片的应用有了进一步的认识，也对运用学习过的知识解决生活中的困难产生内动力。
2.4 以实验现象引出下节课的内容
根据本节学习的偏振光的概念、偏振片、起偏和检偏，马吕斯定律等内容作为基础，下节课将要学习布儒斯特定律，同样，也是以实验来提出问题，留下问题，引导学生课后自学。在教室的非实验教学环境下，实验所用的偏振片小，很难做到全班同学在课堂上的短时间内实现全班同学都通过偏振片观察反射光的现象。上课的是瓷片地板，反射能力强，能很好的反射窗外照射进来的光，可利用瓷片地板反射窗口照射进来的反射光进行实验。此实验由学生参与拍摄，师生互动，学生用手机拍摄下旋转偏振片的地面反射光的视频。可以看到，地面反射的光在偏振片旋转过程中光强发生变化，如图1。同样，黑板会反射光，在偏离黑板正中间的座位上看不清黑板的字，学生用手机拍摄下旋转偏振片黑板上显示的字的清晰情况。将两个视频当时就在课堂上播放。让学生根据此两个实验现象，预习下节课的内容。
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图1 地板反射光的偏振态
三、总结
明确物理学习目标和学以致用的目的，在大学物理教学过程中结合实践、应用、师生互动、学生参与到实践中，引起学生的兴趣，调动学生学习的热情和积极性，把教学内容形象、直观地展现出来，学生对理论有更深刻的认识和理解，认识到理论知识在高科技中、生活中的运用，对学习物理产生内动力，并且培养学生学以致用的精神。
参考文献
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作者简介：何颖君（1976.12-），女，汉族，硕士研究生，讲师，广东高州人，研究方向为光电信息传输及新型光电材料的设计。