【摘要】本文对大学物理教材的现状进行一些分析和比较，指出光学与实际生活相联系的魅力和重要性，这种联系和融合其实也是一种物理文化的体现.
【关键词】光学 实际生活 融合 物理文化
中国分类号：O43
一、引言
光学是物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用的基础学科。它与原子物理、电动力学和量子力学等后继课程有密切的关系。激光的出现和发展，使光学的研究进入一个崭新的阶段，成为现代科学技术前沿阵地之一。对于非物理专业的学生来说，大学物理光学教材涉及的主要是波动光学部分。除了掌握光的一些基本概念、定理和公式之外，与具体的生活和实际相联系的内容很少。其实光学的理论与实际相结合的魅力早已在我们的生活中无所不在。这种魅力，实际上也是物理文化的一种体现。
二、光学与生活相联系的重要性
（一）国外教材对生活联系的重视
美国著名的物理学家费曼说：“对学习物理的人来讲，重要的不是如何正规严格地解微分方程，而是能猜出它们的解并理解其物理意义。”国外教材把物理概念的理解放在第一位。著名的美国认知学派心理学家布鲁纳认为：“学习的最好刺激，乃是对所学教材的兴趣。” 出于这样的考虑，美国大学物理教材为了吸引学生，行文中增加了大量的彩色照片及插图。从基本粒子到宇宙星际，从日常生活到高科技应用，从试验技术到自然现象，内容极为广泛，且多为实物实景，生动具体，效果突出。[1]美国物理学会和物理教师协会于1987年8月共同发起并提出大学基础物理学规划，并于1996年底结项，研究成果陆续发表，提出的四种新模式的物理教材各具特色，其中之一是《物理学的来龙去脉》。这种模式的教材特点是按照几个指导性的主题或称之为来龙去脉的主线来讲授物理学。它给人以清晰、明了、简洁的印象[2]。教材由四个指导性的主题构成，即“星际旅行”、“地球变暖”、“雷雨物理”、“粒子干涉”。分别讲授力学、热学、电磁学、光学和近代物理。用“雷雨物理”来引入和描述光学，形象生动而且趣味性很强，足见他们对物理文化的重视。另外，美国有一些科普类读物，如凯尔.柯克兰德著的《Light and Optics 》，将光与物理文化生活联系很紧密，但光的原理和理论部分介绍较少[3]。
（二）国内教材对生活联系很缺乏
在国内一些工科教材如高教出版社马文蔚主编的《物理学》和我们现在使用的一些大学主编的工科教材，这些教材特点基本上是沿袭传统的内容和编排方式[4]。除了一些基本的概念、公式和例题习题之外，没有特别鲜明的应用性。所以如何将光的理论部分与实际生活紧密联系，从而更深刻的认识理论本身，将它融合在光的世界中，更好的提升物理的素养和文化气息，这正是我们要重点弥补的不足之处。我们本题的研究意义在于此。
（三）光学与实际生活联系的魅力
光学既是物理学中最古老的一门基础学科，又是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一，从古至今与生活的联系非常紧密。下面的这些生活中常见的现象，你可否想过，通过光学的原理来解释，原来光学的世界很奇妙。
（1）夕阳为何是红色的
人们常说“夕阳无限好，只是近黄昏。”夕阳为何是红色的呢？这种太过平常的现象使得很多人想不起追究它的原因。原因很简单——因为光的散射。光的散射是由光和物质的相互作用引起的，实质上是由光和原子中的电子相互作用引起的。在光学性质均匀的介质中或两种折射率不同的均匀介质的界面上，无论光的直射、反射或折射，都仅限于在特定的一些方向上，而在其余方向光强则等于零，我们沿光束的侧向观察就应当看不到光。但当光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向却可以看到光，这种现象叫做光的散射。
在光学性质完全均匀的物质中，由于物质的原子性结构而存在着的不均匀性的线度远小于光波的波长，可略去不计，故光的散射作用不应该发生。但实际上即使用最精细的方法除去气体或液体中所有尘埃和一切其他悬浮颗粒，也还可以通过某种方式观察到散射光。这是由于物质分子密度的涨落而引起的。因为密度的涨落取决于分子的无规则运动（有统计的意义），所以这种散射称为分子散射。
清晨日出或傍晚日落时，看到太阳呈红色。这是因为此时太阳光几乎平行于地平面，穿过的大气层最厚，所有波长较短的蓝光、黄光等几乎都朝侧向散射，仅剩下波长较长的红光到达观察者（接近地面的空气中有尘埃，更增强了散射作用）。但此时仰观天空时看到的仍是浅蓝色。而云块为阳光所照射，亦呈红色。正午时太阳光所穿过的大气层最薄，散射不多，故太阳仍呈白色。
（2）光学在与生活相关的现代技术中的应用
激光问世以来，受到了世人的亲睐，激光整容手术风靡全球。激光外科手术也很常见。红外辐射分布在可见光的红色部分稍微靠下一些的地方。在微微超过光谱另一端——蓝光和紫外波长——存在着紫外辐射。紫外线的频率比人眼能探测到的最高频率还高一些。因为电磁辐射的能量和它的频率成正比，紫外辐射的能量比可见光稍大一些。这使得紫外辐射稍微更加危险，虽然有时会更有用。眼科医生使用紫外光来雕琢眼角膜，以改进不良的视力。
激光器它可以产生相干的高密度的电磁辐射波束。從激光器中发出的任何频率的辐射，都可以是强大的（和危险的）。外科医生有时用激光，而不是小刀或者解剖刀来进行切除手术。激光的优点是它易于控制，使得外科医生可以进行精确的切割，而且激光束产生的热量，可以封锁破损的血管，所以失血不会过多。
三、结束语
在物理学的教育中，学生仅仅了解物理学公式和概念以及计算是远远不够的。应该将物理的概念物化在实际生活中，同时这也是推动物理光学发展的原动力。譬如光学发展的故事，对学生也是一种启迪.托马斯.杨双缝干涉实验的成功最终让光的波动学说确立起来，光的波动性终于摆脱物理学权威牛顿的控制，也使惠更斯倡导几十年的波动学说终于能够被认可.这将教会学生对已学知识提出思考并质疑现有的东西，推动思维也很有益处.学会物理的思想，学会用物理的思想看问题，学会在生活中思考与物理有关的知识，这才是真正让学生学习物理学的意义，也是一种物理文化的体现.所以，光学作为物理学的一个分支，与实际应用相结合尤为明显和重要.
[参考文献]
[1]、美国工科物理教材的特点 姚凤薇
[2]、高等函授学报（ 自然科学版） 2010 年6月第23 卷第3 期物理文化及其价值取向 贾俊丽 马世豪
作者介绍：湖南工学院数理部讲师（1978.11-）硕士，从事大学物理教学，研究量子光学等方面。