光学课程大纲

PAGEPAGE2《光学》课程大纲一、课程信息课程名称光学适用专业物理学课程代码05011111课程类别必修学分学时3.5学分/56学时开设学期3先修课程高等数学、力学、电磁学后续课程近代物理等二、课程简介《光学》是研究光的本性，光的产生、传播、接收及其与物质相互作用规律的基础课程，主要包括几何光学、波动光学、量子光学和现代光学四部分内容。本课程的基本要求是阐明这四部分内容的基本原理、规律和处理光学问题的基本方法，重点是波动光学。通过教师讲授、学生自学和合作学习等形式，学生习得光学的基本原理和规律，能够理解光的波动本性和量子本性，掌握处理光学问题的基本思想和方法，形成观察光学现象、分析和解决光学问题的初步能力，同时为学习后继课程打下扎实的基础。三、课程目标（一）课程目标设置通过本课程的学习，学生能达到以下目标：课程目标1：记住几何光学的基本原理、成像规律和作图方法；理解光学仪器的基本结构与工作原理，性能参数与评价指标。课程目标2：理解物理光学的知识体系，利用光的干涉，衍射，偏振的基础理论解决相关光学问题；了解光的吸收、散射和色散。课程目标3：了解现代光学发展趋势，理解现代光学应用技术，能够认识光学在物理学中的重要地位以及理解光学促进社会发展的重要作用。课程目标4：能够通过小组讨论、网络共享等方式开展光学的学习活动，感受团队协作的重要性，具有群体合作学习体验。四、课程目标与毕业要求指标点对应关系（二）课程目标对毕业要求分解指标的支撑关系毕业要求分解指标课程目标3.学科素养3-1掌握物理学的基本原理和基本知识，理解物理学的知识体系、基本思想和方法，了解物理学的发展历史和前沿动态。目标1（H）目标2（H）目标3（H）8.沟通合作8-2理解学习共同体重要作用，具有团队协作精神，能够参加小组学习、专题研讨、团队互动、网络共享等协作学习活动，与同学合作交流，分享经验和资源。目标4（M）（三）课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4M四、教学要求课程目标教学内容学时教学重点教学难点教学方式学习方式课程思政结合点目标11.绪论11.光学研究内容和发展简史1.光学发展的必然性课堂讲授案例分析听课学习课堂问答2.人的眼睛0.51.人眼结构和简化眼，明视距离1.人眼结构和简化眼，明视距离课堂讲授听课学习课堂问答3.助视仪器的放大本领11.放大本领的定义与物理意义，放大镜的放大本领1.助视仪器放大本领与角度放大率的区别课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论4.显微镜的放大本领1．51.显微镜的基本结构，显微镜的放大本领1.显微镜的成像分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答5.望远镜的放大本领11.开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构，望远镜的放大本领1.望远镜的成像分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答6.光阑光瞳11.光阑、有效光阑和光瞳的概念1.有效光阑和光瞳的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论7.几个基本概念和定律费马原理11.几何光学的基本实验定律，费马原理，物和像1.费马原理在几何光学中的地位和作用，实像与虚像课堂讲授案例分析听课学习课堂问答8.光在平面界面上的反射和折射1.51.平面折射成像，全反射与光导纤维2.棱镜1.平面折射对光束单心性的破坏课堂讲授案例分析听课学习课堂问答9.光在球面上的反射和折射3符号法则，球面反射物像公式，球面折射物像公式高斯公式和牛顿公式符号法则的运用球面反射对光束单心性的破坏，球面折射对光束单心性的破坏课堂讲授案例分析听课学习课堂问答10.光连续在几个球面界面上的折射0.51.共轴光具组，虚物的概念1.共轴光具组的逐次成像法，实物与虚物的关系课堂讲授案例分析听课学习课堂问答11.薄透镜3薄透镜的物像公式光焦度，横向放大率薄透镜的作图成像法薄透镜物像公式的推导，物方和像方焦点、焦平面的性质轴上物点的作图成像课堂讲授案例分析听课学习课堂问答12.近轴物近轴光线成像的条件11.近轴物在近轴光线条件下的球面反射和折射成像公式1.近轴物在近轴光线条件下的球面反射和折射成像分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答目标21.光的波动性光束的独立性、叠加性和相干性11.光的电磁本性2.光的强度3.光的相干条件1.光的相干叠加和非相干叠加的区别和联系课堂讲授听课学习课堂问答通过光的电磁本性的学习，增强学生逻辑推理和严谨思维的能力。2.由单色波叠加所形成的干涉图样11.相位差和光程差的关系2.干涉图样特点1.相干叠加的分析过程与干涉图样的形成课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习3.分波面双光束干涉11.光源和机械波源的区别2.获得相干光的方法3.半波损失1.典型分波面干涉实验的分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习4.干涉条纹的可见度11.干涉条纹的可见度，相干长度，光源的临界宽度1.光源的非单色性和线度对干涉条纹可见度的影响分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论5.分振幅薄膜干涉等倾干涉11.薄膜干涉的光程差，半波损失与附加光程差，等倾干涉图样特点1等倾干涉图样形成过程分析、光程差分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过对等倾干涉和等厚干涉分析，让学生理解物理过程之间的联系，培养学生从联系的观点分析问题的逻辑推理能力。6.分振幅薄膜干涉等厚干涉11.劈尖干涉，半波损失与附加光程差1.等厚干涉图样形成过程分析、光程差分析，薄膜色的形成课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论7.迈克耳孙干涉仪11.迈克耳孙干涉仪的构成、基本原理与干涉图样特点1.迈克耳孙干涉图样形成过程分析课堂讲授听课学习课堂问答8.法布里-珀罗干涉仪多光束干涉0.51.法布里-珀罗干涉仪的基本原理与干涉图样特点1.多光束干涉分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答9.光的干涉应用举例牛顿环1.51.牛顿环干涉图样特点，增透膜与增反膜2.光学元件表面的检测1.牛顿环干涉图样形成过程分析，光学元件表面形貌与干涉条纹之间的关系分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答10.惠更斯-菲涅耳原理11.惠更斯原理，惠更斯-菲涅耳原理，衍射的分类1.子波的相干叠加分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答11.菲涅尔半波带菲涅尔衍射3菲涅尔半波带法圆孔的菲涅尔衍射直线传播和衍射的联系圆屏的菲涅尔衍射波带片课堂讲授案例分析听课学习课堂问答12.夫琅禾费单缝衍射2夫琅禾费单缝衍射实验装置衍射图样特点1.夫琅禾费单缝衍射光强的计算与分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答13.夫琅禾费圆孔衍射11.夫琅禾费圆孔衍射实验装置，衍射图样特点1.艾里斑课堂讲授案例分析听课学习课堂问答14.平面衍射光栅2光栅衍射的光强分布，光栅方程干涉和衍射的区别和联系光栅衍射光强分析，谱线的半角宽度和缺级闪耀光栅课堂讲授案例分析听课学习课堂问答15.自然光和偏振光1光的偏振性及其表示线偏振光，自然光1.偏振性的理解，自然光和线偏振光的关系课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过对自然光特性分析，培养学生唯物辩证主义世界观，加深对物质世界和物理规律的认知。16.线偏振光和部分偏振光2二向色性，偏振片马吕斯定律，偏振度、部分偏振光，布儒斯特角1.线偏振光和部分偏振光的关系，布儒斯特定律的理解与应用课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论17.光通过单轴晶体时的双折射现象11.双折射现象，光轴，o光和e光的性质1.光的振动面、主平面、主截面的区别，o光和e光的相对光强课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论18.光在晶体中的波面11.o光和e光在晶体中的传播速度与波面，正晶体与负晶体1.晶体中双折射现象的解释课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论19.光在晶体中的传播方向0.51.o光和e光的主折射率1.用惠更斯作图法确定单轴晶体内o光和e光的传播方向课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论20.偏转器件11.尼科耳棱镜和沃拉斯顿棱镜结构特点，四分之一波片，半波片1.尼科耳棱镜和沃拉斯顿棱镜产生线偏振光的原理，波片产生相位差的原理课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习21.椭圆偏振光和圆偏振光11.线偏振光与椭圆偏振光、圆偏振光之间的联系，圆偏振光和椭圆偏振光之间的区别和联系1.椭圆偏振光和圆偏振光的数学描述的理解，二者的获得方法课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习22.偏振态的实验检验0.51.自然光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、部分偏振光的实验检验，巴俾涅补偿器和索列尔补偿器的结构特点与原理1.椭圆偏振光和部分偏振光的实验检验课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习23.偏振光的干涉21.偏振光干涉的实验装置，分振动面干涉的基本原理1.线偏振光干涉的相位差分析与光强分布分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习24.电偶极辐射对反射和折射现象的解释0.51.电偶极辐射基本原理与特点1.电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释课堂讲授听课学习课堂问答25.光的吸收0.51.一般吸收和选择吸收，吸收光谱1.朗伯定律课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习26.光的散射0.51.散射和反射、漫反射和衍射现象的区别，瑞利散射和米氏散射特点1.散射定律的应用课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论27.光的色散0.51.色散特点，柯西公式1.正常色散和反常色散课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论28.光速“米”的定义0.51.“米”的定义，光的相速和群速1.光速的测定方法，相速和群度的物理意义课堂讲授听课学习课堂问答29.辐射定律1.51.热辐射，黑体辐射1.经典辐射定律及其困难，能量子假说课堂讲授案例分析听课学习课堂问答小组讨论30.光电效应1.51.光电效应的实验规律，光电效应与波动理论的矛盾1.爱因斯坦对光电效应的量子解释课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过光电效应的应用，让学生体验思维创新解决实际物理问题的过程，培养学生的逻辑推理和物理创新思维能力与意识。31.光的波粒二象性0.51.光的德布罗意关系1.波粒二象性的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论目标31.光与物质相互作用11.原子发光机理1.受激辐射案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答2.激光原理与特性21.激光的特性1.激光的产生条件案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答目标41.专题讨论光伏应用1要求：以课程教学内容为基础，查阅课外资料，了解我国光伏发展历程及未来发展趋势。案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答通过对光伏产业的发展分析，引导学生认识到科学是不断发展开放体系，科学认识从不是一蹴而就、一帆风顺，增强学生求真务实、勇于探索的科学精神。五、考核与评价（一）课程考核内容、考核方式与课程目标对应情况课程目标考核内容考核方式形成性评价终结性评价目标11.几何光学的基本实验定律、费马原理、单球面和薄透镜的成像规律和作图方法；1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试1.几何光学、波动光学、现代光学之间的联系；2.典型光学仪器、元件的基本原理及应用；目标2光的干涉、衍射和偏振等波动基本原理与规律，典型的波动光学现象的分析与计算；光电效应1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试目标31.激光原理与特性及应用。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试目标4光伏应用专题讨论1.专题报告2.课堂展示3.小组互评（二）考核评价方案考核类型考核内容（题型）考核评价方式考核评价标准分值课程目标平时形成性评价（40%）光的干涉1.平时作业2.随堂问答1.平时作业依据具体题型和题量合理设置，满分100分。依据书写是否工整、表述是否清晰准确、解题是否规范正确进行评分。2.随堂问答依据回答问题的正确与否，语言表述的准确程度进行评分。20目标2光的衍射1.平时作业2.随堂问答20目标2几何光学基本原理1.平时作业2.随堂问答10目标1光学仪器的基本原理1.平时作业2.随堂问答10目标1光的偏振1.平时作业2.随堂问答15目标2光的吸收、散射和色散1.平时作业2.随堂问答5目标2光的量子性1.平时作业2.随堂问答5目标2专题讨论报告1.专题报告2.课堂展示3.小组互评专题讨论报告满分100分，每期至少进行一次专题合作探究，撰写专题报告并进行展示，依据参与合作学习情况、提交专题报告、报告展示情况进行教师评价、小组互评和组间评价，其中教师评价40%，小组互评40%，组间评价20%。15目标4期末终结性评价（60%）选择题闭卷笔试严格按照期末考核参考答案及评分细则进行阅卷评分。20目标1、目标2目标3填空题20目标1、目标2目标3简答题25目标1、目标2目标3计算题35目标1、目标2目标3六、其他（一）自主学习要求《光学》是一门理论性很强的专业课程，难度较大，除了常规的课堂学习以外，学生需要在课下进行自主学习。主要内容有：1.提前预习，做到上课前心中有数，及时复习，温故而知新。2.阅读和此课程相关的书籍和材料，扩大视野，启发思考，并学会收集整理归纳材料。自主学习的成效通过课堂问答形式纳入到平时成绩的形成性考核评价方案中。（二）课程资源1.建议教材《热力学统计物理》，汪志诚，高等教育出版社，2020年第六版。2.主要参考书《光学》，郭永康，高等教育出版社，2017年第三版。《光学》，崔宏滨，科学出版社，2015年第二版。《光学（重排本）》，赵凯华，北京大学出版社，2017年。《光学新教程》，冯杰，高等教育出版社，2017年。《光学教程（第六版）学习指导书》，宣桂鑫，高等教育出版社，2019年。《光学习题思考题解答》，钟锡华，北京大学出版社，2006年。3．课外学习资源超星学习通、中国大学MOOC、高等教育出版社等网络学习平台上的《光学》在线开放课程和数字课程。制订时间：2021年8月第一次修订时间：2021年9月附件1.课程大纲审核评价表附件2.课程目标达成度评价办法（模板）《光学》课程大纲审核评价表审核评价内容执笔教师自查教研室审核专业负责人评价课程目标1.课程目标按照知识、能力、情感或价值观等多维度确定；2.课程目标能体现“产出导向”和“学生中心”，体现学生学习成效；3.课程目标明确支撑毕业要求指标点；4.课程目标能引导课程的教学与考核，具有可学可教可测性。合格教学要求1.教学内容能够支撑课程目标的实现；2.学时分配合理、教学重难点把握准确、突出；3.教学方式适切课程目标的达成，学习方式能够有效指导学生学习；4.课程思政结合点准确、有效。.合格课程考核1.考核内容全覆盖且完全支撑课程目标；2.形成性评价方式多样化，评价（评分）标准恰当、具体、细致，体现能力培养；3.终结性评价题型多样，覆盖课程目标落实且分值分配合理，参考答案（技能要点）及评分细则详细。合格附件及格式要求1.格式完整，要素齐备；2.《课程目标达成度评价办法》科学合理，操作性强，有助于课程教学持续改进。合格审核评价小组意见：组长签名：年月日整改结果反馈：执笔人签名：年月日教学院审核意见：同意实施。院长签名：年月日附件2.课程目标达成度评价办法（模板）《光学》课程目标达成度评价办法一、评价依据《光学》课程目标达成度评价依据《数理学院物理学专业课程目标达成度评价实施细则》进行评价。二、评价方法本课程目标达成度评价分为直接评价和间接评价。直接评价采用考核数据定量评价。间接评价采用问卷调查，问卷内容根据课程考试方案进行设计。（一）直接评价1.确定课程目标权重。依据课程目标对毕业要求支撑力度的情况确定各课程目标权重。课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4M依据上表，本门课程有4个课程目标，每个课程目标对2个毕业要求的支撑力度有高（H）、