以思政教育和科研为导向的物理光学课程教学改革

以思政教育和科研为导向的物理光学课程教学改革

乔文涛,曹国华,殷月红

河南理工大学物理与电子信息学院 河南 焦作 454003

【摘要】思政教育可以激发学生的爱国热情和民族自信心，专业课教育与思政教育教育相结合，可以增强学生的学习动力，从而主动的去探索知识。科学研究是专业课学习的一大目标，以科研为导向的专业课教学，能帮助学生在理解基础知识的前提下，培养学生独立思考的能力，使学生获得良好的科学素养和创新能力。本文以物理光学课程为例探讨了以思政教育和科研为导向的课程教学实践。

【基金项目】河南理工大学教育教学改革研究与实践项目（2021JG041）；河南理工大学研究生精品课程建设项目（2021YJP02）。

Reforming the teaching of the physical optics course with a focus on ideological and political education and research orientation

QIAO Wentao CAO Guohua YIN Yuehong

(School of Physics & Electronic Information Engineering,   Henan Polytechnic University,Jiaozuo,Henan 454003)

Abstract: Ideological and political education can stimulate students' patriotism and national self-confidence. Integrating professional education with ideological and political education can enhance students' learning motivation, encouraging them to actively explore knowledge. Scientific research is a major goal of professional course learning. Research-oriented teaching in professional courses helps students develop independent thinking skills while understanding fundamental knowledge, enabling them to acquire sound scientific literacy and innovative abilities. This article takes the physical optics course as an example to explore the practical implementation of a curriculum that is guided by ideological and political education and research-oriented teaching."

引言

物理光学是以光的波动性为基础，研究光在媒质中传播的基本规律及其应用，是一门经典理论与现代技术相结合的应用性很强的课程[1]。物理光学是应用物理学、光电信息科学与工程、电子信息科学与技术专业的一门重要的专业必修基础课，是物理电子学、光学工程和仪器科学与技术等学科的考研专业基础课。物理光学课程理论抽象、公式复杂、推导繁琐, 使得教师在课堂的讲授中以及学生对知识的理解上都存在很大问题。如何提高物理光学课程教学效果，提高学生学习兴趣，增强科研能力培养，是该课程教学改革的重点难点。

目前物理光学课程教学改革主要集中在教学手段、思政教育、实验教学、教学方法[2]等方面的改革。如钱义先[3]等人将VirtualLab软件虚拟仿真技术引入物理光学课堂教学；田彩星[4]将Matlab可视化教学引入物理光学课堂教学，对提升学生进行物理光学知识学习的兴趣，改善物理光学知识学习效果方面都有积极的意义。唐苗苗等人[5]通过将思政教育与物理光学课程教学相结合，培养学生树立辩证唯物主义世界观，弘扬正确人生观、价值观，激发学生学习兴趣，通过物理光学课程实践教学，提高了学习效果。文晶娅[1]通过对物理光学实验课程教学内容、教学方法及考核制度的改革，实现了在该课程的学习中以学生为主体，激发了学生学习的积极性和主动性，提高了学生的实践能力和创新能力，为以后继续深造或就业奠定了坚实的基础。基于此，本文将从思政教育和提高科研能力两方面探讨物理光学课程的教学改革。

1.课程思政在物理光学课程教学中的作用

习总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面[6]。

思政教育在树立正确世界观、人生观、价值观的同时，对学生掌握良好的学习方法，提高学习动力和兴趣方面都有极大的促进作用。

1.1思政教育提高学生学习动力

2018年5月，美国政府对中国华为公司实施制裁事件，极大的激发了全国人民的民族热情，人们在关心事件本身同时，逐渐认识了3G、4G、5G通讯技术，认识了光刻机在芯片制造中的核心地位。以此为出发点，将其引入物理光学课堂教学，既能激发学生的爱国情怀，又能激发学生学习热情。通过实例使学生理解从3G、4G到5G技术电磁波传递的波长更短、信息量更大，但波长变短后传输距离也变短，所以5G基站要更密集。通过对光刻机的基本介绍，学生能认识到光的衍射决定了光刻图案的分辨率和衍射极限，而干涉效应可用于写你刚才高对比度的图案，从枯燥的理论到高精尖科技的应用，极大了提高了学生的学习动力。

1.2思政教育帮助学生掌握科学的学习方法

科学的学习方法包括观察、实验、推理和验证等步骤，它以客观事实和证据为基础，通过逻辑和经验的分析来揭示事物的本质和规律。唯物主义世界观认为科学是认识客观世界的有效方法，通过科学的学习方法可以获得关于自然、社会和人类的客观真理。

物理光学课程中涵盖了大量观察、实验、推理验证的过程。如迈克尔逊和莫雷在假定以太存在的情况下，设计了一个干涉仪来测量光的传播速度，期望能够观察到以太相对于地球的运动效应。然而，实验结果显示没有观察到预期的效应。这个实验的结果对当时的物理学界产生了巨大冲击，并最终导致了爱因斯坦的相对论的发展。迈克尔逊和莫雷的实验展示了通过实验来验证和推翻理论假设的重要性，同时也说明了唯物主义世界观在科学认识客观世界中的重要作用。

2.物理光学课程教学与科研的相互促进作用

物理光学课程涉及电磁波、偏振、干涉、衍射、相干等基本概念。 这些概念是光学科学的基石，广泛应用于许多科学研究领域，例如量子力学、光子学和生物物理学。

2.1通过实验设计和实践技提高科研技能

物理光学教学中的实验部分，学生可以通过实验来观察和验证光学现象。实验设计和实践技能的培养对于科研非常重要。通过教学实验，学生可以学习到实验的设计原理、操作技巧和数据分析方法。这些实践经验对于日后从事科研工作，特别是光学实验室中的研究，提供了宝贵的经验和技能。

我们以物理光学中衍射实验的设计为例。衍射是光学中的重要现象，研究衍射可以揭示光的波动性质和传播规律。对于科研来说，通过设计合适的衍射实验，可以深入研究和理解光的衍射现象，探索新的衍射效应以及应用。在衍射实验设计中，我们培养学生从以下几个方面考虑：

(1)光源选择：选择适当的光源对于实验的成功至关重要。不同光源具有不同的光谱特性和光强度分布，可以产生不同的衍射效应。学生需要根据研究目的选择合适的光源，例如白光源、激光等。

(2)衍射装置设计：衍射实验中的装置设计直接影响实验的结果和可观察性。学生需要设计合适的光学元件，如光栅、狭缝、透镜等，以实现所需的衍射效应。通过调整元件的参数和几何排布，可以探索不同的衍射现象和性质。

(3)实验参数控制：在衍射实验中，实验参数的控制对于研究结果的准确性和可重复性至关重要。学生需要控制光源的角度、波长、入射光强度等参数，以及调整光学元件的位置和角度，以获得所需的衍射效应和特征。

(4)数据采集和分析：实验中获得的数据需要进行准确的采集和分析。学生可以使用合适的检测器、光电转换器等设备，采集衍射图样的强度分布等数据。然后，通过数学建模、数据处理和图像分析等方法，对实验数据进行解释和推断，从中获取对光学现象的深入理解。

通过设计衍射实验，学生可以探索和研究不同衍射现象的特性、调查衍射的影响因素、研究新的衍射装置和技术等。这些实验设计对于提高学生的科研能力具有重要影响。

2.2教师的研究经验引入物理光学教学课堂

物理光学教学通常由有丰富研究经验的教师担任。教师的研究成果和专业知识可以直接应用于教学内容中，为学生提供前沿的科研信息和领域动态。在教学过程中，教师可以通过以下方式与学生分享自己的科研经验和实践，对学生的学习产生积极的影响。

(1)激发学生的科研兴趣：教师通过分享自己的科研经历和成果，可以激发学生对科研的兴趣和热情。学生可以了解到光学领域的前沿研究动态和挑战，意识到光学科研的重要性和意义。这有助于激发学生积极参与科研的欲望，追求自己的科研目标。

(2)提供实际案例和应用场景：教师的科研经验可以为学生提供实际的案例和应用场景。通过教师的介绍，学生可以了解到光学在不同领域的应用，如通信、医学、材料等。这样的案例和场景可以帮助学生将课堂学习与实际应用相联系，增强学习的实用性和兴趣。

(3)指导学生的科研项目：教师可以利用自己的科研经验和专业知识，指导学生进行科研项目。通过与学生合作，教师可以提供宝贵的指导和建议，帮助学生制定研究方向、设计实验、分析数据等。这样的指导可以提高学生的科研能力和方法论，培养学生的创新思维和问题解决能力。

(4)介绍前沿研究成果和动态：教师可以向学生介绍最新的前沿研究成果和领域动态。通过分享最新的科研进展，教师可以帮助学生了解光学领域的最新趋势和问题。这有助于学生跟上光学领域的发展，启发学生独立思考和开展自己的研究。

通过教师的科研经验，学生可以更加深入地了解光学领域的科研工作和实践，激发对科研的兴趣，并获得实际的指导和帮助。这样的影响有助于培养学生的科研素养和创新能力，为将来的科研工作打下坚实的基础。

结束语

教学改革的目标提高教学效果，提高学生对知识的理解与掌握能力。本文通过对思政教育和科研在课堂教学中相互作用的探讨，发现思政教育融入课堂教学能激发学生学习热情，掌握科学的学习方法；科学研究既可以给学生提供学习的方向，也可以培养学生独立思考的能力，对学生科学素养和创新能力的培养也有积极意义。

作者简介：乔文涛（1982-），男，汉族，河南省焦作市，硕士研究生，讲师，研究方向：薄膜材料的光电性能研究。

参考文献

[1] 文晶娅.物理光学实验教学改革的实践与探讨[J].湖北经济学院学报(人文社会科学版),2019,16(11):145-147.

[2] 韩克祯,王本义,秦华,孙玉萍.TRIZ方法融入物理光学课程教学研究[J].科教导刊(电子版),2022(10):221-222.

[3] 钱义先,任志君.虚拟仿真的可视化物理光学课堂教学探索[J].物理通报,2018(7):22-25.

[4] 田彩星.物理光学课程中的可视化研究[J].数理化解题研究,2022(24):62-64.

[5] 唐苗苗,杨蕴哲,李新忠. “新工科”背景下《物理光学》课程思政教育的研究与实践.教育现代化,2021(70):158-161.

[6] 习近平在全国高校思想政治工作会议上强调 : 把思想政治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报 ,2016-12-09.