如何改善几何光学教学方法的探讨

　　几何光学是光学学科中最早发展出来的分支学科，是基础学科，几何光学引入光线概念，研究几何光学基本规律，球面成像概念，薄透镜成像概念，理想光具组等内容。在几何光学中，把组成物体的物点看作是几何点，把它所发出的光束看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播方向。在此假设下，根据光线的传播规律，在研究物体被透镜或其它光学元件成像的过程，以及设计光学仪器的光学系统等方面都显得十分方便和实用。笔者认为光学课程教学中几何光学部分是教学难点，此内容表面上看很容易能掌握，但实际上几何光学中部分内容特别是费马原理，成像原理，符号法则，单球面成像原理，薄透镜成像原理等内容是教学难点。大部分《光学》教材中第一章内容安排几何光学，学生起初学几何光学基本定律时感到内容很简单，只是背几个定律而己，但是经过深入学习这些定律并将其解决生活中常见的几个问题时，学生感觉比较难。所以在教学中，教师首先应深入讲解光的直线传播定律，反射和折射定律。特别注意指导学生做大量的课外习题，培养学生理论联系实际能力，指导学生应用课堂内学习的理论知识解决生活中的实际问题，最后将这三大定律与费马原理内容结合，培养学生以费马原理解释几何光学基本定律的内容，理解内容，解决问题等能力。
　　本章内容后面几节的成像基本概念，符号法则，单球面成像和薄透镜成像定律等内容是教学难点，如果教师起初不重视选择适当的教学方法，学生思想上很容易产生学习这些内容没用，是一种虚拟概念，所以越学越迷惑，而且这些单球面成像，薄透镜成像概念等几节内容互相紧密联系，如果其中某一个知识点不理解就会影响整个内容的理解，。对此，教师在上课前应给学生介绍教学方法，教学用具、学习内容的顺序，这样有利于提高学生学习兴趣和学习积极性，避免让学生产生认为教学内容是一种虚拟概念的看法。几何光学教学中根据内容特点应用的教学方法不一样，比如符号法则的教学方法。符号法则是单球面成像规律，薄透镜成像规律等内容的基础，所以符号法则是本章内容的教学重点。不同教材中使用的符号法则不一样，但得出的结论是一样的。因为利用不同符号法则推导出的成像公式符号不同和符号法则应用方法不同等问题的存在，如果教学中只讲解一种符号法则，学生可能很容易感觉到迷惑不解，甚至可能怀疑教师讲的内容是否有错误。所以教师在讲课时应该给学生讲清楚不同教材中应用的符号法则不一样，成像公式符号也不一样，但是应用不同符号法则解决问题时得出的结果一样。教师应注意以学生能够接受的水平讲解其它种符号法则，深入讲解其它种符号法则学生很可能容易迷惑不解，进而影响学生的理解能力和学习兴趣。另外，单球面反射，折射成像，薄透镜成像概念和理想光具组成像规律等内容教学难点，此内容的特点为内容分散，公式多，公式推导过程复杂，很难理解，应用成像公式解决实际问题时需要多做练习题，培养学生理论联系实际去解决问题。教学中严格遵守教学内容的系统性，我们进一步分析以上教学内容很容易发现一个共同的特点，教学内容系统完全一样，比如说单球面反射，折射成像和薄透镜成像概念，首先讲解成像公式推导过程，然后推导高斯公式，牛顿公式和作图法成像过程，最重要的是单球面折射和反射成像内容为学好薄透镜成像概念基础，这些内容的学习为学好后几章常用光学仪器原理的学习打好基础，说明这些内容具有很紧密的联系，所以投入教学前给学生讲解单球面成像原理和薄透镜成像原理应用方面的内容，吸引学生积极投入学习。教学中仔细分析每一节内容，利用丰富的教学资源，课外习题和动画课件给学生深入讲解成像公式的推导过程，符号法则的应用，高斯公式和牛顿公式的推导过程，作图法成像过程等内容，以丰富的教学课件，教学视屏，dash动画和灵活的教学方法结合进行教学有利于提高学生学习积极性，促进学生理解能力。
　　根据以上教学内容分散，公式多，应用成像公式解决实际问题形式多种并复杂特点，通过做大量的课内外习题重视巩固理论知识。做习题要注意习题内容由易到难，水平由浅入深。教学中教师要注意教学内容的系统性和内容之间衔接，因为单球面折射，反射成像和薄透镜成像概念之间有很紧密的关系和共同的内容系统，单球面反射和折射成像概念的学习为薄透镜成像概念的学习打基础，薄透镜成像概念的学习为学好理想光具组成像概念基础，最后根据这些理论知识能分析人眼的基本结构，近视，远视眼睛的矫正方法，照相机，投影机，望远镜和显微镜等常用光学基本结构和原理。
　　教学中教师根据教学内容特点一方面要注意教学内容的系统性，给学生讲解每一节内容并解释各节内容具有的共同的教学系统（比如说每一节内容中有成像公式的推导，高斯公式和牛顿公式推导，作图法成像等共同的教学系统）；另一方面高度重视提高教法和协调教学内容的灵活性，通过课件，flash动画，演示实验等各种教学媒体，重视创造丰富的教学环境。
　　根据光学课程的应用性强，实验操作技术要求高等特点，教学中要求教师课堂内多做演示实验。演示实验是培养学生动手能力和理论联系实际能力不可缺少的教学手段，教师利用演示实验仪器讲解有些内容，特别是单球面反射，折射成像，薄透镜成像等概念教学效果最佳，因为成像概念比较复杂，成像条件不同所获得成像结果不同，所以教学中脱离实践教学光讲理论部分学生很容易感到迷惑和反感，教学中为避免学生产生教学内容的神秘感，利用演示实验仪器理论联系实际进行教学，而且在课堂内多做演示实验有利于提高学生动手能力和学习积极性。
　　几何光学教学要求授课教师不但具有丰富的专业知识，而且要求教师具有丰富的教学方法和教学经验，几何光学教学的难点就是要求教师准备丰富的教学资源，重视利用多媒体教学仪器，多媒体课件，flash动画，演示实验仪器等现代教学手段创造教学环境，根据几何光学教学内容的分散，公式多，应用性强等特点要求教学中教法要灵活性并理论联系实际进行教学。
　　从以上几何光学教学特点可以看出，几何光学的教学方法凝结了现代教学中的先进的教学方法，所以教学前应准备丰富的教学手段和教学资源，同时授课教师也应具有丰富的专业知识和教学经验。