本文摘要：下面是两篇物理学教育论文投稿期刊,第一篇论文介绍了物理学知识如何建构求解数学问题举例，是复杂的数学问题迎刃而解，达到事半功倍的效果。第二篇论文介绍了物理学专业光学课程教学改革研究，注重提高学生学习的兴趣和探索的欲望，培养学生分析和解决问题的
下面是两篇物理学教育论文投稿期刊,第一篇论文介绍了物理学知识如何建构求解数学问题举例，是复杂的数学问题迎刃而解，达到事半功倍的效果。第二篇论文介绍了物理学专业光学课程教学改革研究，注重提高学生学习的兴趣和探索的欲望，培养学生分析和解决问题的能力。
《物理学知识如何建构求解数学问题举例》
[摘要]数学与物理学联系密切，通常使用数学知识求解物理学问题。笔者从相反的视角，以例题的方式阐述巧妙使用物理学知识建构求解数学问题，可使复杂的数学问题迎刃而解，达到事半功倍的效果。
[关键词]物理学知识;数学解题
我们应强调各学科相互交叉渗透融合求解问题的思维和方法。笔者以例题的方式阐述巧妙借助物理学知识建构求解一些数学问题，以达到加强学科间知识渗透，培养和提高学生数学解题能力的目的。
1以物理模型为基础建构求解数学题
数学是解决物理学科的工具，即将一个具体的物理问题抽象成为一个纯粹的数学问题进行解决。相反，求解数学题也常用物理学中的方法和原理，通过建立物理模型进行求解。题目：在锐角ΔABC的三边上各找一点，连成三角形，使ΔABC的周长最短。分析：利用物理学中的光行最速原理建模求解。如图1所示，设想AB、BC、CA表示三块两两相交的平面镜，AB面上有一点光源位于点X处，向BC面发出光线XY，在点Y反射后到达CA面的点Z处，最后光线回到AB面上的光点位于点P处。
一般情况下，X和P不重合，但可以调整X的位置及XY的方向，总能使X和P重合，构成光线三角形。根据物理学中光行速原理，可以知道在ΔABC的所有内接三角形中，以光线三角形的周长最短。解答：如图2所示，设ΔXYZ为ΔABC的内接光线三角形，则根据光的反射原理，设∠XYB=∠ZYC=α，∠YZC=∠XZA=β，∠ZXA=∠YXB=γ，则容易求得α+β+γ=π，∠A=α，∠B=β，∠C=γ。连接AY、BZ、CX，由∠YXB=∠A可知X、Y、C、A四点共圆。同理，可得Y、Z、A、B四点共圆，Z、X、B、C四点共圆，易证AY⊥BC、BZ⊥CA、CX⊥AB，即ΔXYZ为ΔABC的垂足三角形。
因此，我们只须作ΔABC三边的高，三个垂足就是所求的点。题目：给出一内角均小于23π的三角形，求作一点，使该点到该三角形的各顶点距离之和最小。分析：对物理系统的热能分析求解该问题。解答：如图3所示，在ΔABC的三个顶点A、B、C处安装三个光滑滑轮，取有公共端点X的三条等长细绳，使其分别绕过三个滑轮，在末端系有相同质量的法码，放手直至系统静止。此时，系统的热能最低，即P、Q、R三点都尽可能的低，即AP、BQ、CR尽可能的长，从而AP+BQ+CR最长。此时，AX+BX+CX最短。研究发现，当∠AXB=∠BXC=∠CXA=23π时，AX+BX+CX最短。此时，点X即为所求的点。
2以物理学物理量矢量性建构求解数学题
题目：设三个不为零的复数Z1、Z2、Z3满足Z1+Z2+Z3=0，|Z1|=|Z2|=|Z3|，试判断由Z1、Z2、Z3对应的点可以组成怎样的三角形。分析：该题涉及数学复数知识，可以与物理学力的矢量性联系进行求解。解答：如图4所示，把复数Z1、Z2、Z3分别看成物理中的三个力F1、F2、F3，由于|Z1|=|Z2|=|Z3|，则力的大小|F1|=|F2|=|F3|，由Z1+Z2+Z3=0，可得合力F1+F2+F3=0。由力的合成与分解平行四边形法则可知三个大小相等的力作用于一个质点A，若要保持该质点的平衡，只要这三个力两两之间的夹角均为23π即可，因此由Z1、Z2、Z3对应的点可以组成一个等边三角形。
3以物理学的一些原理建构求解数学题
题目：一个球从100m高处自由落下，每次着地后，又跳回到原高度的一半再落下。假定球与地面每次碰撞过程中没有能量损失，空气平均阻力大小不变，问等到球停止运动，停留在地面上时，球总共经过的距离为多少米?分析：此题是数学中的一个求无穷等比数列各项和的问题，如果用数学知识来计算求解比较复杂，现利用物理学中功能原理则容易求解。解答：设球的质量为m(kg)，空气平均阻力大小为f(N)，g为重力加速度，s为球总共经过的距离。球从100m高处自由落下，着地后只回到50m处，说明球的重力势能(E=mgh)减少了，减少的原因是克服空气阻力做功，有fd=ΔE，代入数值得f×(100+50)=100mg-50mg，求得f=13mg，同理，由功能原理有fs=13mgs=100mg，解得s=300。因此球总共经过的距离为300m。
4以物理学物理量某一特性建构求解数学题
题目：有一列队伍长100m，通信员站在队尾。由于要传递某一要令，他匀速跑向队首，然后又以速度大小不变返回到队尾。假定队伍匀速前进并恰好行进了100m，问通信员的跑步距离是多少?分析：本题是数学应用题，如果仅仅用数学思想，忽视通信员、队伍速率和时间这几个物理学上的量来求解有一定难度。反过来，若以物理学中时间这个不变量建构得到方程，可以快速解答。解答：设通讯员的跑步距离为Sm，其速率为V1，队伍速率为V2，则通讯员从队尾跑到队首所花时间T1=100/(V1-V2)。然后通讯员从队首跑到队尾所花时间T2=100/(V1+V2)，队伍前进100m所花时间T=100/V2。因为通讯员往返时间等于队伍前进所花时间，即T=T1+T2，抓住时间不变建构数学方程100/(V1-V2)+100/(V1+V2)=100/V2，解得V1/V2=1+2。故通讯员的跑步距离S=V1T=V1×(100/V2)=100×(V1/V2)=100×(1+2)m。
5以物理学实验数据处理方法“线性内插法”为基础建构求解数学题
物理学实验已测量第一次数据数值(x1，y1)，第二次测量数据数值(x2，y2)，待测物理量数值结果(x，y)可能出在第一次与第二次测量数值区间。
作者：谢国权 单位：广东省江门中医药学校
《物理学专业光学课程教学改革研究》
摘要近些年来，光学在科学与技术应用中的不断发展，迫切需要培养适合当前社会发展需求的光学专业人才。文章分别从光学教学内容、教学方法及考核方式等方面提出了一些改革的方法和措施，注重提高学生学习的兴趣和探索的欲望，培养学生分析和解决问题的能力，取得了良好的教学效果。
关键词光学;教学;改革
光学课程是物理学专业最重要的基础课程之一，同时也是现代科学技术迅速发展、崛起的重要支柱。以激光为基础的现代光学的知识，已经渗透到日常生活中的众多领域，在工业、农业、交通、能源、医药、信息等领域发挥着越来越重要的作用。光学作为基础性学科具有很强的学术性，同时，光学课程的知识覆盖面广，应用性和可操作性也较强，它能够较好地锻炼学生的思维能力及理论与实际相结合的能力。而在传统的光学课程教学中，存在着重理论轻实践，理论与实际相脱离，缺乏创新，无法适应社会及专业领域的需求等问题。如何培养不仅具有扎实理论基础，还具备较强工程应用能力的光学类技术人才，是我们教学改革研究的重点问题。
1光学课程教学现状
光学课程教学大纲计划68学时，教材内容分为干涉、衍射、几何光学、光学仪器、偏振及现代光学部分[1-3]，内容繁多，教学任务较重。因此，光学一直是一门教师难教、学生难学的课程。在教学过程中，通常更加强调基础知识的理论性，而对知识的应用性和工程性关注偏少，理论联系实际显得不足，教学中不自觉地存在“重理论和基础，轻工程和应用”的倾向，淡化了光学类课程本身拥有的强烈应用和工程背景特性。另外，学生在大学阶段参与实习实践、接触实际工程问题和公司企业的机会偏少，教学与光学元器件的工程设计及公司企业的要求联系还不够，存在明显脱节现象。目前教学中教师的主导地位强，而学生的主体地位偏弱;第一课堂强，第二课堂弱;体现学生结合课本知识在“做中学”并培养自身实践精神、工程意识和创新能力的活动空间不够。
2光学课程改革的思考
光学课程有其自身的特点，与力学、热学等学科之间的联系不太紧密，自身的知识体系比较繁杂。在具体的教学改革与实践中，主要从教学内容、教学方法、考核方式等几个方面着手。
2.1教学内容
在教学内容上，首先要优选教材，认真制订教学计划。教学中，既要注重讲解光学课程中最基本的概念、理论，夯实学生的基础知识，提高学生的理论水平，又要加强现代光学基础的教学，增加一些现代光学的前沿知识，了解光学发展的最新动态，引导学生不断拓宽视野，激发学生的创新意识和科学探索精神，培养学生的科学素养。例如，在讲解几何光学及光学仪器知识时，可以介绍海市蜃楼、扫描隧道显微镜。在讲解光的干涉时，可以介绍相干探测技术、全息照相、光学薄膜等。在讲解偏振现象时，可以介绍3D电影及偏振雷达探测技术等。让学生体会光学知识在日常生活中应用、发展及科学前景。另外，针对相关科学前沿知识，开展一些专题讲座，让同学们更深入地理解光学科技的发展，同时强化了基础知识的学习。或让学生课外查阅相关文献，提高学生学习兴趣，激发学生探索欲望。积极搜集光学在日常生活中应用的实例，引导学生运用已学相关理论知识，解释日常生活中的光学现象，真正实现从生活走向物理，从物理走向社会。
2.2教学方法
在教学方法上，要注重重点、难点的理解和掌握，注重分析思路和处理问题的方法。积极引导学生理论联系实际，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。为了能够在有限学时内，尽可能多地讲解现代光学的内容，可以在课前布置相关的预习作业，既能节约课堂基础教学的时间，又能锻炼同学们的自学能力。在教学中，要求学生上课主动提问，培养学生自学及发现、解决问题的能力[4]。教学中针对相关课题让学生参与讨论，在讨论的过程中更透彻理解相关理论，并了解其应用，变被动学习为主动探索。在传统的理论教学基础上，尽可能多地增加实践教学的环节，改变教学观念，以任务为驱动，明确从理论到实践的具体操作过程，培养学生工程实践的能力[5]。实践教学中要求学生进行文献调研、撰写小论文及动手制作相关光学仪器，解决一定难度的实际问题、培养自身创新精神、科研意识和综合能力与素质。
例如，我们在教学中将学生分组，动手制作简单光学器件，如望远镜、放大镜等，有效地激发了学生的学习兴趣、动手能力及团队合作的精神。科学技术的不断进步，使得教学方法的多样性成为可能。在教学中，针对光学课程本身的广泛应用性和工程背景，可以有针对性地介绍一两种国内外优秀光学设计软件，如ZEMAX、OSLO等。其中ZEMAX可进行光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型。该软件还具备对光学系统进行设计、优化、分析的功能。在光学课程第三章几何光学部分，学完基础知识后，给出一些利用设计软件进行相关光学课程中涉及的光学元器件和系统设计的典型实例，如望远镜系统设计、8倍观察镜系统设计等。同时试着让同学们分组利用该软件进行相关光学设计，从而既提高学生的学习兴趣，又有效地培养学生的工程设计能力和综合应用知识的实践能力。
由于在光学课程的教学过程中，有些光学现象在日常生活中比较难于观察[6]，比如干涉、衍射的现象，很多感性材料只能从课本图片中获得，比如干涉条纹、衍射条纹等。为了能够使得同学们获得较多的感性材料，我们在教学过程中，利用一些计算软件，例如Matlab，将干涉、衍射现象通过程序模拟展示出来，这样既给同学们提供了清晰的感性材料、直观的物理图像，也通过程序中相关参数的调节，让同学们更加深入地理解光学知识中的相关规律。图1为利用Matlab软件编写的分振幅干涉中牛顿环的干涉图像，图2为氢原子光栅光谱图。物理是以实验为基础的科学。在教学过程中，改变理论与实验分开进行的现状，从教师指导演示实验，转变为学生在实验室自主实验。设置相关开放性实验课题，让学生分成实验小组，将学生自己的设计思想和实验内容相结合，鼓励学生自主创新，使课堂成为师生互动的场所。这样，即有利于将枯燥、抽象的理论生动化、具体化，又有助于对基础理论的深入理解及应用，充分调动学生学习的主动性和热情，提高了教学效果。实验室也在不断完善，力争提供更好的资源，取得更好的教学效果。
2.3考核方式
教学考核中，摈弃一次考试决定最终成绩的做法，将平时课堂表现和论文及动手制作部分纳入最后成绩测评，关注学生学习过程而非单一的最后考试结果。充分利用学院网络资源，建立网上习题库，建立有特色的个人主页，并通过此与学生进行定期的网上交流及作业的布置和批改。网上交流的方式可以更有效地与学生沟通，实时解决学生提出的相关问题，提高了学生学习的效率。
3结语
伴随着科技的快速进步，物理教学的手段也正在不断更新。如何培养适应新时代发展的光学专业人才，是我们教学改革的目标和方向。通过以上教学改革的探讨和在实际教学过程中的运用，使得教学活动充满了活力，极大地调动了学生学习的兴趣和探索的欲望，培养了学生自己动手实践的能力及团队合作的精神，大大提高了教学效果。
参考文献
[1]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,1993.
[2]赵凯华.新概念物理教程:光学[M].北京:高等教育出版社,2011.
[3]郭光灿,吴强.光学[M].合肥:中国科技大学出版社,2003.
[4]许晓赋,廖珊珊,高忠坚.《光学设计》课程教学模式的探索与实践[J].福建教育学院学报,2014(4):69-71.
[5]陈传盛,陈曙光,李富进.培养大学生科技创新能力的课堂教学改革实践[J].教育教学论坛,2014(4):51-52.
[6]曹跃祖,李福芸.物理光学课程中的可视化研究[J].北京印刷学院学报,2013,21(4):76-78.
作者：李娟 章礼华 张杰 单位：安庆师范大学物理与电气工程学院
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