摘要：结合认知结构理论，本文讨论了对基础光学课程中光学概念教学的导入以及概念的巩固方法，提出了光学概念教学方法的改革建议。
关键词：光学概念；认知结构；光学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）04-0152-03
在基础光学课程的教学中，光学概念是光学知识体系的基本要素之一，也是各章节知识结构的基本骨架。基础光学的基本内容主要由概念、公式、定律以及原理组成，后三者就是反映有关光学概念与概念之间的相互联系，有紧密的依存关系。正确构建光学概念是光学教学的关键，会直接影响学生对光学基本理论的理解以及应用，教师必须重视光学概念的教学。如果学生能抓住概念，一步一个脚印学下去，就有利于对公式、定律以及光学原理的理解，从而使所学的知识条理化、系统化。
一、导入光学概念，形成光学观念
掌握正确的概念，可以帮助学生形成良好的光学观念。1979年，李政道博士在北大讲学时，强调：“最重要的东西往往是最简单的”，“学习中一定要把基本的概念搞清、记牢”[1]。在基础光学课程的教学中，使学生深刻理解和准确掌握基本概念，不仅是教好光学基础知识的前提，也有利于提高学生对光学理论的理解，并进一步提高学生的思维能力和学习兴趣。由于概念是知识的基本组成单位，学生在学习科学概念时往往会受到已存在的科学前概念的影响。因此在光学知识体系的构键过程中，光学概念的导入是其重要环节。教师要注意将对于光学概念的教学目的转化为学生的学习目的，从而使学生明确学习该概念的目的，促使学生主动参与到教学活动中。
1.借助生活现象导入。光是一种重要的自然现象，与人类的社会生活密切联系，所以通常学生具有一定观察光学现象的生活经验，因而教师可在此基础上进一步创设相关的教学环境来导入新的光学概念。例如，在几何光学部分导入光源的概念时，教师可通过展示学生生活中常见的点燃的蜡烛、发着光的霓虹灯等图片，分析其共同特性，从而引出发光物体即为光源的概念。同样，在讨论物质的折射率与光的频率相关的特点时，凭借学生熟知的雨后彩虹这一生活现象，就很容易导入光的色散这一概念。经由生活经验导入光学概念时，源于生活、学生熟知且有趣的图片、影像资料等都是很好的教学素材。
2.借助实验现象导入。在光学教学中，某些概念所涉及到的光现象是在生活中不容易观察到的，此时就需要借助实验现象来帮助学生理解这些概念。例如，构建干涉、衍射的概念时，可以利用视频教学向同学们演示干涉、衍射的实验现象，或者也可以运用演示教具来模拟演示光的干涉、衍射图样。通过分析图样特征，使得学生在光学现象的实验观察中获得直接的感性认识，从而产生学习兴趣，主动思考。由实验展示的光学现象直观而且生动，可使学生产生要求解释实验现象的探索需求，此时教师通过实验现象对相关概念逐步导入，使得学生的疑问迎刃而解，自然会提高教学效果，而且学生也容易记牢所学的光学概念。值得注意的是：凭借光学实验来导入新的光学概念时，要突出相关概念的特点，即要引导学生把注意力集中到被研究的对象上，注意观察其变化特点，从而有利于相关概念的引入。
3.借助概念的内在联系导入。有的光学概念并不是孤立的，且与学生已学过的某些理论知识有关。在这种情况下，教师适宜以新旧概念之间的内在关联为突破，从学生已有的知识基础着手，自然地导入新的光学概念，这样不仅可以复习旧知识，也有助于学生深入理解新旧概念之间的联系。例如，在构建共轴球面系统的概念时，教师可以引导学生回忆中学学过的薄透镜知识；在建立光的偏振性的概念时，则可以由讨论振动的传播引入横波传播的“不对称性”，从而导入“偏振”的概念；在导入“光程”的概念时，可借用机械波传播时对于相位差的讨论公式[2]。结合学生已有的知识理论来导入光学概念，不仅可以使学生加深对新构建的光学概念的理解，而且有利于提高学生对所学知识的整体把握能力，还可进一步对新概念不断深化。除了以上方法外，导入新的光学概念的方法还有很多，诸如利用对比法、等效法或通过光学问题等导入新的光学概念。总之，在导人新的光学概念时，教师要根据所讲解概念的具体情况，恰到好处地利用合适的方法导入，这样就能借此形成良好的光学观念，产生理想的教学效果。
二、巩固光学概念，构建知识结构
认知结构是一种主观的、带有能动性的、具有开放性的、立体的多层次的网状知识结构。在这种网状知识结构中，既有处于低层次的，如概念、定理、定律等一般知识，又有处于高层次的，如解题方法等方面的知识，还有处于更高层次的，如方法论的知识[3]。在教学中通过内化在学习者头脑中形成概念和知识观念，即可形成学习者头脑中的光学认知结构。因此，要成功完成光学概念的教学，就需要在光学知识体系中形成一个个稳定而清晰的固定点，从而构建扎实的光学知识结构。在基础光学的教学中，为进一步巩固光学概念，通常可以采取以下方法。
1.明确新概念与学生认知结构中原有概念的内在联系，分析其异同。例如，在建立光的干涉的概念时，首先应使学生明确认识到光的波动性质，理解机械波与电磁波传播时的相似关系，从而明确波的相干叠加的概念，即什么是相干波源、相干条件、相干叠加的现象等。在此基础上，通过进一步比较水波的干涉现象与杨氏双缝干涉现象的视频演示实验，分析其区别与联系，即可比较直观地建立起光的干涉这一概念。
2.在运用中巩固概念。例如，学习了光的偏振性这一概念后，可以通过实际运用，促使学生加深对“偏振”这一概念的理解。其一，取用偏光眼镜，让学生通过镜片观察手机的液晶屏，可以观察到光强变化的现象，并且根据光强变化的对比度可以初步判断眼镜的偏光效果；其二，通过展示在摄影镜头前加上偏振镜片时拍摄的天空或水面的图片与未加偏振片时拍摄的图片相对比，不仅可以使学生明确反射光的偏振性，而且还可以了解如何利用光的偏振特性；其三，介绍光的偏振性在立体电影的拍摄与观看中的应用，等等。需要注意的是，在结合实际应用强化光学概念时，要及时纠正概念形成过程中由于个体理解差异而产生的认识偏差。
3.定期进行关于光学概念的诊断性测验，并以此为依据针对性地复习和强化，可避免学生在学习中遗忘。通过测验的手段在学生原有的光学认识结构的概念系统中巩固新学习的概念，则有利于建立起某一光学知识领域中所有概念的立体网络结构，从而促使学生将新学的光学概念进一步与其所处的知识结构中的其他概念联系起来。一旦形成这种具有稳定关联的网络结构，学生就不容易遗忘所学习的光学概念了。所以，为形成稳定的光学知识网络结构，也可通过测验的方式用联系功能强的光学概念来形成知识体系。
三、光学概念教学中应该注意的几点
光学教学的重要任务之一是帮助学生建立准确而清晰的光学概念，然而如果概念不准确，学生在进一步的学习则不容易理解特定的语言所代表的光学概念的含义，也就失去了进一步学习的基础，因此，在光学概念教学中应该注意以下几方面。
1.揭示概念的本质的教学语言要准确，讲解光学概念的内涵和外延，突出其物理意义。如这一公式就把光波波长这一波动性质与粒子动量这一粒子性质联系起来了。若知光子的波长，可以求出它的动量，反之亦然。波动和微粒，这两个对立的事物在这里统一了，由此学生就很容易理解光的波粒二相性。
2.讲清光学概念建立的来龙去脉，建立概念提出前的感知环节。例如，在讨论光的量子性这一概念时，首先，使学生了解在人们探求光的本性历史上所经历的实验事实，为学习新概念寻找一个个起固定作用的固定点；其次，通过分析实验事实使学生了解建立“光的量子性”概念所经历的抽象思维过程；第三，充分利用多媒体教学手段，通过视频、图片、动画演示等巩固学生头脑中逐渐清晰的新概念。
3.在教学中不仅需要列举正例，还需反例来强化学生对概念的理解。以例说理是在教学时必不可少的一项教学手段，尤其在教授那些对学生而言比较抽象的概念时，需要运用较多的事实例子。例如，讨论光的相速度和群速度的概念时，通过实验事实的正例概括出相速度和群速度的概念，接下来又可以通过被媒体误报道的“超光速实验”这一反例来辨别相速度和群速度的区别，从而有助于加深学生对光速本质的认识。
4.在教学中及时注意调整对于学生掌握光学概念时不同阶段的教学要求。一般说来，对于新概念的学习可分为领会、运用、完善、扩展四个阶段，而每一阶段的教学目标是有所区别的。在领会阶段，学生需要初步掌握新学光学概念的定义或者是和该概念相关的解析表达式，在此基础上才能对其物理意义有所理解；接下来，在运用阶段则是要求学生能够直接应用所学概念分析和解决简单的光学问题，促进对其内涵的理解；在完善阶段，为巩固所学的新概念，则要求学生在掌握光学概念外延的基础上，还要进一步明确该概念与其他相关光学概念的区别和联系；最后，在扩展阶段则需要突出学生对于光学概念的灵活、熟练运用，这也是学生将光学概念的深化和活化的阶段。
通过以上的教学探索和实践，帮助学生形成了准确的光学概念，在基础光学的教学中取得了良好的教学效果。
参考文献：
[1]裘怡云.浅谈物理概念教学[J].江西广播电视大学学报，2001，（3）：63-64.
[2]韩雁冰，罗红雷，李慧玲.浅谈“光程”概念的引入[J].教育教学论坛，2012，（9）：41-42.
[3]李维.认知心理学研究[M].杭州：浙江人民出版社，1998.
基金项目：石河子大学教育教学改革项目（JG-2010-007）资助的课题
作者简介：王锐（1981-），女，汉族，硕士，讲师，主要研究方向为生物光子学。
