光学发展与人类文明
光学发展与人类文明
5000+ 人选课
更新日期:2025/05/04
开课时间2025/03/04 - 2025/07/05
课程周期18 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

【课程定位】

光学发展与人类文明”是光学类通识教育课程,属科学教育范畴,也可作为光学学科的导论课。课程团队基于“注重基础认知、纵向培养能力、横向扩展视角、提升情操意志”的理念,从知识、能力和素质三方面重构内容体系,助力全民光科学素养的培养、国家高等教育“双一流”建设战略中光学人才的培养。


【课程内容】

课程立足于光科学发展史,设计了“古代光学的萌芽、经典光学的建立、现代光学的发展”三个模块,各模块的学习内容均包括”知识与科学思维、技术应用与创新“两个教学维度。如图1。

                      图1 课程内容总体框架图

“知识与科学思维”维度:以“光是什么”为线索,纵向追踪光学萌芽、几何光学、波动光学、量光初创和现代光学五个发展阶段的典型案例,展示了人类对光本质问题的科学认知历程,引导学员建立光学的基本知识体系,了解基本概念、原理与生活常识,实现科学与实用的连接;分析蕴含的科学思维元素,探讨科学发展的内在规律,培养理性思考、科学分析解决问题的能力及科学精神,增强知识创新和技术创新的能力。

“技术应用与创新”维度:横向探索光学的跨文化、多学科互动问题,涉及古希腊、古阿拉伯、中国、欧洲等的光学萌芽发展与应用案例,与自然哲学、几何学、建筑美学、天文学、绘画艺术等学科交融,引导学生了解光学的广博性和多元性特征,实现光学相关综合能力的培养,从更广阔视角看待光学发展与人类文明的关系,反思人类、自然、科技、社会与未来之间的多元关系,建立正确的历史观、价值观和社会责任感。

【课程特点】

1. 教学内容的博雅性设计:以“注重基础认知、纵向培养能力、横向扩展视角”为理念重构光学教学内容,匹配跨专业的学情和发展需求,注重人文、社会和自然科学多领域知识的有机融合,从基础、深度和广度三个层次实现光学通识课程的高阶性设计

2. 通识课程的学术性设计:结合光学前沿研究,设计具备一定深度、提升应对光学问题综合能力的教学内容,保证光学通识课程的先进性和挑战度。

3. 基于学科史的思政性设计:史如明鉴,结合光学关联人文社会生活的典型案例,从人文情怀、科学精神、价值观、责任感等角度实现对学员情操意志的培养。

【课程支撑】

华南师范大学是国家“211工程”重点建设大学、广东省高水平大学建设高校,依托“ 物理学”世界一流学科、“光学”国家重点学科、“光电信息科学与工程”国家级一流专业、“光学工程”广东省重点学科等平台优势,开课单位即光电科学与工程学院(原“信息光电子科技学院”),是由中国科学院院士、著名光学与激光专家刘颂豪先生于2002年倡导并主持创建,是一所专业结构合理、师资力量雄厚、研究方向特色明显、集产学研为一体的理工学院,是国家“世界一流学科”和广东省高水平大学建设冲补强特色专业的建设单位。

本课程是2016年华南师范大学第五批通识教育课程立项建设项目(原名《生活中的光学》),2020年课程升级并更名为《光学发展与人类文明》,获校级精品在线开放课程项目、学校物理学部和光电科学与工程学院(原“信息光电子科技学院”)课程建设经费支持。课程承担了2017年广东省教学质量工程及教学改革项目“互联网+《生活中的光学》通识课程建设与研究”、2022年广东省“通识课程《光学发展与人类文明》虚拟教研室”项目建设任务等;2023年获广东省课程思政示范课堂“光学发展与人类文明(波粒二象性)”、国家级一流本科课程认定,相关工作获评广东省高等学校教学管理学会教育教学改革优秀案例、华南师范大学校级教学成果一等奖。

课程大纲
第1章缘起视觉
1.1本章学习导语
1.2古希腊的光学萌芽
1.3光的几何学研究范式
1.4古阿拉伯的光学继承
1.511世纪的光学繁荣
1.6欧几里德的单视锥理论
1.7伊本•海赛姆的整合视觉理论
1.8开普勒的视网膜成像理论
1.9本章小结
第1章1.1-1.5节单元测验
第1章1.6-1.9节单元测验
互评作业1:模块“古代光学的萌芽”的学习小结
第2章小罅光景
2.1本章学习导语
2.2景到,午有端
2.3海翻则塔影倒?
2.4小罅光景
2.5登封观星台
2.6本章小结
第2章2.1-2.3节单元测验
第2章2.4-2.6节单元测验
第3章时空之光
3.1本章学习导语
3.2立表而识其晷
3.3竿影之法源远流长
3.4暗室日晷的光学设计
3.5教堂暗室日晷的辉煌
3.6欧洲教堂建筑的自然光运用
3.7大放异彩的玻璃
3.8本章小结
第三章3.1-3.5节单元测验
第三章3.6-3.8节单元测验
第4章绘画中的理性之光
4.1本章学习导语
4.2透视法的起源
4.3达芬奇的秘诀
4.4助力写实绘画的光学仪器
4.5霍克尼-法里科论题
4.6本章小结
第4章4.1-4.3节单元测验
第4章4.4-4.6节单元测验
第5章坐观星河的魔镜
5.1本章学习导语
5.2太阳是宇宙的中心?
5.3望远镜的测远观天
5.4折射望远镜的工作原理
5.5折射望远镜的像差困扰
5.6异军突起的反射望远镜
5.7世界的中心还不是太阳!
5.8本章小结
第5章5.1-5.4节单元测验
第5章5.5-5.8节单元测验
互评作业2:模块“经典光学的建立”之“几何光学”阶段学习小结
第6章波粒之争
6.1本章学习导语
6.2光像水波还是类似声波?
6.3光是高速运动的微粒流
6.4干涉:波动说的复兴
6.5菲涅耳的力量
6.6偏振研究的助攻
6.7本章小结
第6章6.1-6.4节单元测验
第6章6.5-6.7节单元测验
第7章光是一种电磁波(上)
7.1本章学习导语
7.2电磁初印象
7.3Maxwell方程组的统一
7.4光是一种电磁波
第7章7.1-7.4节单元测验
第7章光是一种电磁波(下)
7.5开启光谱学之门
7.6太阳光的赠礼
7.7举足轻重的X射线发现
7.8本章小结
第7章7.5-7.8节单元测验
互评作业3:模块“经典光学的建立”之“波动光学”阶段学习小结
第8章乌云与曙光
8.1本章学习导语
8.2什么是热辐射
8.3热辐射的研究
8.4紫外灾难和能量子假说
8.5热辐射的应用
8.6本章小结
第8章8.1-8.3节单元测验
第8章8.4-8.6节单元测验
第9章波粒统一(上)
9.1本章学习导语
9.2光电效应的实验现象和规律
9.3光量子理论及对光电效应的解释
9.4康普顿效应及理论解释
第9章9.1-9.4节单元测验
第9章波粒统一(下)
9.5物质波假设和概率波诠释
9.6关于量子光学的对话
9.7本章小结
第9章9.5-9.7节单元测验
互评作业4:模块“现代光学的发展”之“量光初创”阶段学习小结
第10章照耀未来世界
10.1本章学习导语
10.2经典再现的照相术发明
10.3极具魅力的相干测量法
10.4探索微观世界的显微术
10.5集结基本量子理论的激光
10.6引领现代技术革命的激光应用
10.7本章小结
第10章10.1-10.4节单元测验
第10章10.5-10.7节单元测验
期末考核
期末考试