物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质运动形式及其相互转化规律的学科。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，是科学研究和工程技术的基础。以物理学基础知识为内容的大学物理课程既是重要的基础理论课程也是重要的科学素质教育课程，在为学生打好必要的物理基础，培养学生科学的自然观、宇宙观和辩证唯物主义世界观，培养学生的探索和创新精神、科学思维方法等方面都具有其他课程不能替代的重要作用。

21世纪以来世界各国课程教学改革的趋势表明，在当前这个知识快速增长的信息化时代，学生不可能在学校里学到将来所需的每一种知识和技能，必须努力培养自己的学习能力, 学会如何学习，将比学会知识本身更为重要。教育正在逐渐走向以学生为中心的学习方式，从强调记忆背诵，转变成以解决问题为导向的研究性学习，学生需要通过不断的研究性学习，在学习过程和今后的工作中逐渐建立起自己的知识结构。基础光学是学生进入大学后较早接触的一门大学基础课程，也是培养学生综合素质的课程。其课程目标是：

（1）掌握光学的基本思想方法、基本理论，为后续课程学习打下坚实的基础；

（2）培养学生包括提出问题、分析问题、解决问题以及通过多种途径获得知识等的能力，引导学生从开始学习大学基础课程起就树立研究性学习的理念，逐渐掌握研究性学习的方法，培养主动探究和创新实践的精神，为后继专业课程的研究性学习和进一步开展科学研究，以及将来走向社会开展研究性、创造性工作打下良好的基础。

河海大学“基础光学”教学大纲（2020版）

一、课程名称

基础光学

        Fundamental Optics

二、学分学时

3学分/ 48学时

三、使用主体教材和线上资源

   主体教材

    光学教程，姚启钧，高等教育出版社，2019年3月第六版

四、课程属性

    大类平台课

必修

五、教学对象

应用物理专业本科生

六、开课单位

理学院

七、先修课程

高等数学AI

八、教学目标

教学总目标：

正确理解课程中的基本概念；构建课程的物理图像和知识体系；掌握光传播的基本原理和规律，学会解决光传播问题的思想和方法，了解现代光学的发展概况和研究的方法、手段；培养学生的学习能力、科学探究能力、分析解决问题的能力和创新思维的能力，培养学生实事求是、勇于探究的科学精神和辩证唯物主义世界观。

教学分目标：

教学目标1：

牢固掌握有关光的传播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本现象、原理和规律，了解其发展科学历程和蕴含的科学精神。（支撑本专业毕业要求2.1）

教学目标2：

了解现代光学前沿动态以及现代光学的基本概念、原理，研究的方法、手段，通过光学在高新技术中的应用，培养学生创新性思维意识，掌握创新思维方法；（支撑本专业毕业要求5.1，10.1）

教学目标3：

通过课程小论文，课程研讨，培养学生的学习能力、科学探究能力、分析解决问题的能力和创新思维的能力；（支撑本专业毕业要求4.1）

教学目标4：

培养学生实事求是、勇于探究的科学精神和辩证唯物主义世界观。（支撑本专业毕业要求2.2）

九、课程教学内容和基本要求

学生将学习以下课程内容并应达到如下基本要求：

第一章绪论（4学时）

1. 教学内容

光学的发展历史；光的本性；光的波长、光强；波动的数学描述；了解现代光学的发展概况。

2. 知识要点

光学发展历史；光学发展的几个里程碑的标志；波粒二象性；光波的数学表达式。

3. 重点难点

重点：波粒二象性；光波的数学表达式。

难点：光波的数学表达式。

4. 基本要求

了解光学的发展历史；重点掌握波动光学的标志实验和现象；理解光的本性是波粒二象性；会写光波空间传播的数学表达式。

5. 教学方法

学生自学预习，教师课堂讲授，通过课堂在线参与课题研究和研讨，集中答疑和讲解习题，课后布置习题练习等。

第二章光的干涉（14学时）

1. 教学内容

光波的叠加原理；相干点光源的干涉；光干涉的条件；分波前干涉；空间相干性；薄膜干涉；等倾干涉；等厚干涉；迈克尔逊干涉仪；时间相干性。

2. 知识要点

获得相干光源的方法；各种干涉的光程差的表示；杨氏双缝干涉及延伸的干涉装置；等厚干涉；等倾干涉；迈克尔逊干涉仪；牛顿环；干涉条纹的规律。

3. 重点难点

重点：分波前干涉原理；薄膜干涉；各种干涉中光程差的表示和干涉条纹的分布特点。

难点：光干涉条件获得的推导演化。

4. 基本要求

理解波动的独立性和叠加原理；掌握杨氏双缝干涉实验的思路、迈克尔逊干涉和牛顿环的原理、薄膜干涉的分类；掌握双光束干涉的光强的计算；了解各种干涉仪的原理和特点；掌握用双缝实验研究相干性。

5. 教学方法

学生自学预习，教师课堂讲授，通过课堂在线参与课题研究和研讨，集中答疑和讲解习题，课后布置习题练习等。

第三章光的衍射（13学时）

1. 教学内容

惠更斯-菲涅耳原理；单缝夫琅和费衍射；光学仪器的分辨本领；多光束干涉；光栅衍射；X射线衍射；全息照相。

2. 知识要点

单缝衍射夫琅和费衍射的基本原理；光学仪器的分辨率和仪器参数的关系；光栅衍射的基本原理和衍射图分布规律；X射线衍射的原理和应用。

3. 重点难点

重点：惠更斯-菲涅耳原理；单缝、双缝和多缝（光栅）的光强分布；波带法。

难点：光栅的光强分布；波带法求衍射分布。

4. 基本要求

掌握惠更斯-菲涅耳原理；掌握区分夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射标准；掌握用惠更斯-菲涅耳原理、矢量法和光程差法计算单缝、双缝和多缝（光栅）的光强分布；了解半波带法的思路；掌握波带法在单缝夫琅禾费衍射和圆孔菲涅耳衍射中的应用；熟练掌握平面衍射光栅的基本原理和应用；了解光栅的分光原理，掌握光栅方程、缺级和谱线半角宽度的概念和计算；了解全息照相、X射线衍射。

5. 教学方法

学生自学预习，教师课堂讲授，通过课堂在线参与课题研究和研讨，集中答疑和讲解习题，课后布置习题练习等。

第四章几何光学（5学时）

1. 教学内容

几何光学的基本定律；惠更斯原理；费马原理；球面傍轴成像规律；薄透镜成像规律；全反射、光纤原理。

2. 知识要点

费马原理如何推导出光学三定律；球面傍轴成像的公式；薄透镜成像的公式；光纤构造原理及应用。

3. 重点难点

重点：费马原理；球面成像；薄透镜成像

难点：薄透镜成像。

4. 基本要求

掌握光学成像的基本过程；掌握费马原理、折射定律和反射定律；掌握薄透镜的物像关系和作图成像法；了解光纤的构造原理。

5. 教学方法

课上以教师讲授、讨论的方式进行。课后布置练习题。另外，设定几个题目，比如前沿问题负折射率的现象等，要求学生从中选择一个题目，调研该方向的研究历史及最新研究进展，以调研报告的形式在学期末提交，以提高学生查阅文献、阅读文献和归纳总结的能力。

第五章光的偏振（12学时）

1. 教学内容

光的偏振状态；线偏振光；反射折射光的偏振；双折射现象；椭圆偏振光；圆偏振光；偏振光的干涉；人工双折射；旋光现象。

2. 知识要点

光的偏振状态分类；如何获得和检测线偏振光；布儒斯特定律；马吕斯定律；晶体的双折射现象；波片；椭圆和圆偏振光的获得；偏振光的干涉现象；旋光现象。

3. 重点难点

重点：偏振光的获得和检测；布儒斯特定律；马吕斯定律；双折射现象；偏振光的干涉。

难点：偏振光的干涉；双折射。

4. 基本要求

了解偏振光和自然光的表观区别和内在联系；掌握布儒斯特定律和马吕斯定律；掌握产生线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的条件；明确1/4波片和1/2波片的功用；学会用波片和检偏器来产生和鉴定各种偏振光的原理和方法；掌握双折射现象；分析偏振光干涉光强的计算；了解光弹效应及旋光现象及应用。

5. 教学方法

课上以教师讲授、演示和讨论的方式进行。课后布置练习题和讨论题。练习题上交批改，讨论题在QQ群讨论。

十、课程思政设计

    1、培养学生自身价值的认同性和面对科学问题敢于质疑的科学精神。在讲授光的本性时，通过光的"波粒二象性"与"易经"中"太极"的"阴阳两面性",电磁波的光速统一性等，培养鼓励学生具有科学思辨、客观理性的判断能力，要勇于质疑、不盲目、不盲从的科学精神。

    2、在讲解光的直线传播中，这是光的一般规律，但是遇到障碍物时，打破的直线传播的一般规律，出现特殊的衍射现象，启发学生探索和分析人性、探索和分析事物变化的规律的一般性与特殊性哲学思想。

    3、牢固树立“立德树人”理念。在全反射的教学过程中，引入光纤通信的基本原理和科学家高锟对开创信息时代的贡献及其意义。分析高锟的科学思想和方法：基于问题的思考，超越逻辑的灵感，独树一帜的思维，追求溪径的探索，既脚踏实地又高瞻远瞩。把集光学基础、高科技应用、名人科学家于一体的课堂，对激发学生学习热情和学习兴趣有很好的帮助，也能教育学生既放眼未来，又脚踏实地。

   4、在讲授光学仪器的分辨率过程中，口径越大分辨率越高，联系我国大口径射电望远镜“天眼”建设和南仁东的先进事迹等,穿插宣扬工匠精神和社会主义核心价值观。我国作为社会主义大国，具有集中力量办大事的优势。让中国科学界站到全世界面前的500米口径球面射电望远镜（FAST）—中国“天眼”就是举世瞩目的一个大工程。该工程首席科学家、总工程师南仁东先生为此工程奉献了24载，南先生放弃国外高薪毅然决然回国工作，为我国的天文学事业做出了伟大的贡献和卓越的成绩。南先生将社会主义核心价值观对个人的要求“爱国、敬业、诚信、友善”诠释得淋漓尽致。

    5、在杨氏双缝干涉教学过程中，只有在频率相同，相位差恒定，有平行的振动分量才能有干涉条纹，通过启发式引导光干涉条件的得出思路，研究过程，引导学生掌握科学思维方式，领悟和掌握处理物理问题的思想和方法。

    6、在迈克尔逊干涉仪教学过程中，通过迈克尔逊的实验装置巧妙设计，实现科学巨大成就，堪称物理界的艺术家，启发学生如何进行物理实验的设计。并延伸讲解由此装置在现代科学中的广泛应用，联系科学前沿，探索科学前沿，实例讲解2017年诺贝尔物理学奖引力波的探测，就是用了迈克尔逊的干涉实验装置。培养学生创新思想、方法和创新训练。

    7、通过同伴教学法教学模式、课堂翻转探讨和课程小论文，应用光学知识来进行创作发明、写论文和通过分工协作解决物理问题等活动，来培养学生的观察思考能力、动手能力、团队协作能力、应用光学知识解决实际问题的能力和创新能力等。

    十一、课程学时安排

第一章4线下学时

第二章14线下学时

第三章13线下学时

第四章5线下学时

第五章12线下学时

十二、考核方式

基础光学课程为必修课，课程考核方式包括：课堂学习讨论及课后反馈表现（40%）+课程考试（60%）。

1．过程性考核（40%）

课堂出勤及表现（10%）、期中测试（10%）、课程论文（10%）、作业（10%）

2．结果性考核（60%）

课程考试为期末考试，闭卷考试，考试卷面分值为100分，课程考试成绩占总成绩的比重为60%。考题类型为选择题、填空题、计算及画图题。具体的考核内容与教学目标和支撑毕业要求的关系如下：

1）  选择题、填空题和画图题对课程基本概念、基本性质、基本规律的考核（40%），对应教学目标1，支撑毕业要求2.1，2.2；

2）  选择题、填空题、计算对运用所学知识解决问题能力的考核（40%），对应教学目标2，支撑毕业要求5.1.10.1；

3）  填空题和计算题对分析问题的方法、理论推导能力的考核（20%），对应教学目标4，支撑毕业要求5.1；

十三、教学参考

1．参考教材

赵建林，《光学》，高等教育出版社, 2006年。

郭永康，《光学》，高等教育出版社2017年8月，第三版.

赵凯华，《新概念物理教程－－光学》，高等教育出版社，2010年1月。

游璞于国萍，《光学》，高等教育出版社，2020年2月

2．参考文献

光学原理，费恩曼莱顿桑兹，上海科学技术出版社，2013年4月。

3．网络资源

    中国大学慕课：http://www.icourse163.org/course/SYSU-1002330011

姚启钧“光学”