大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)在光學(xué)中的探討與實(shí)踐

黎 芳，魏京花

（北京建筑大學(xué) 理學(xué)院，北京 100044）

【探索與實(shí)踐】

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)在光學(xué)中的探討與實(shí)踐

黎 芳，魏京花

（北京建筑大學(xué) 理學(xué)院，北京 100044）

本文基于光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)在高校教育中的重要作用以及我校實(shí)際情況，探討適應(yīng)我校校情的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)在光學(xué)中的教學(xué)實(shí)踐方式，同時(shí)可以推廣至其他內(nèi)容的演示實(shí)驗(yàn)中。

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)；大學(xué)物理

對(duì)于理工科學(xué)生，大學(xué)物理課程是比較重要的一門(mén)基礎(chǔ)課程，然而它涉及很多比較抽象、難懂的概念，僅靠課堂的理論分析講授難以達(dá)到良好的教學(xué)效果。演示實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生切身感受到支配物理現(xiàn)象的規(guī)律如何起作用，可以彌補(bǔ)理論教學(xué)上的不足。尤其是光學(xué)部分的教學(xué)，它不同于其他大學(xué)物理內(nèi)容的教學(xué)，光學(xué)中的很多本質(zhì)和現(xiàn)象必須通過(guò)特殊的實(shí)驗(yàn)器材才能揭示出來(lái)，讓大家觀察[1]。光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)馨压鈱W(xué)的知識(shí)更形象有趣地展現(xiàn)出來(lái)，更能激發(fā)學(xué)生的興趣，誘導(dǎo)他們進(jìn)行思考，達(dá)到更好的教學(xué)效果。從參考文獻(xiàn)[2]中可知國(guó)內(nèi)外的高校歷來(lái)都非常重視物理演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，幾乎所有重點(diǎn)高校都擁有一個(gè)自成體系的物理演示實(shí)驗(yàn)室。雖然作者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)在理論課教學(xué)上已經(jīng)有了一定的成績(jī)，但是在物理演示實(shí)驗(yàn)上才剛剛起步，我們以光學(xué)部分為側(cè)重點(diǎn)來(lái)開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。本文將探討符合我校校情的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)在光學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐方式。

一、作用

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)中光學(xué)演示的作用主要有[1]以下幾點(diǎn)。

1.增強(qiáng)知識(shí)學(xué)習(xí)的效果。光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)可以使抽象、復(fù)雜、深?yuàn)W的光學(xué)基本概念直觀化和形象化，還可以使日常生活中的光學(xué)現(xiàn)象突出地顯現(xiàn)出來(lái)，從而使學(xué)生得到豐富的感性知識(shí)，加深對(duì)理論內(nèi)容的理解和鞏固。通過(guò)光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能看到支配光學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律在什么條件下起作用，從而領(lǐng)悟到理論指導(dǎo)實(shí)踐和實(shí)踐檢驗(yàn)理論的意義。

2.培養(yǎng)工程實(shí)踐能力。光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和科學(xué)創(chuàng)新能力，團(tuán)隊(duì)合作精神和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)[2]。

3.養(yǎng)成良好的習(xí)慣。光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)、分析和研究問(wèn)題時(shí)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和刻苦頑強(qiáng)的工作作風(fēng)。同時(shí)能學(xué)到研究物理的各種實(shí)驗(yàn)方法，為以后的實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)，養(yǎng)成良好的習(xí)慣。

二、教學(xué)實(shí)踐方式

要更好地把教學(xué)過(guò)程完成好，達(dá)到比較好的教學(xué)效果，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)上做了很大努力。根據(jù)光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的特性，也為了讓學(xué)生更好地體會(huì)光學(xué)的樂(lè)趣，以及考慮到作者所在學(xué)校的實(shí)際情況，我們的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.教學(xué)內(nèi)容。配合我校大學(xué)物理課程的內(nèi)容，我們把大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)以光學(xué)、振動(dòng)與波動(dòng)學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)四個(gè)教學(xué)模塊的形式向?qū)W生開(kāi)放。因?yàn)橛行W(xué)生可能只對(duì)其中一部分的內(nèi)容（比如光學(xué)）有興趣，因此四個(gè)教學(xué)模塊是獨(dú)立設(shè)置的，學(xué)生可以挑感興趣的來(lái)選擇。在光學(xué)部分，共有22個(gè)實(shí)驗(yàn)，除了傳統(tǒng)上的光的衍射、干涉、偏振光干涉演示儀、邁克爾遜干涉儀、簾/臺(tái)式皂膜、光柵視鏡等內(nèi)容外，還有近代物理的一些內(nèi)容如超聲光柵、黑洞模型等。

2.教學(xué)模式。目前我國(guó)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施模式主要有五種：隨堂演示、集中演示、必修課模式、選修課模式、全開(kāi)放性的教學(xué)模式[3]。基于我校上課教室比較分散，多個(gè)老師同時(shí)授課，大部分光學(xué)的演示儀器“較貴”、體積大、攜帶不方便等多種實(shí)際因素，隨堂演示和集中演示在我校不易實(shí)行，而且也不易發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。對(duì)于理工科學(xué)生，我校已經(jīng)有專(zhuān)門(mén)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為必修課，其中已經(jīng)包含光學(xué)內(nèi)容，而對(duì)于一些文科學(xué)生也沒(méi)有必要專(zhuān)門(mén)設(shè)立必修課模式。基于上述考慮，我校的光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)單獨(dú)作為一個(gè)模塊開(kāi)成選修課，讓學(xué)生自由選擇。它不僅向理工科學(xué)生開(kāi)放，同時(shí)也向文法學(xué)院、經(jīng)管學(xué)院等不修物理課程的學(xué)生開(kāi)放，讓對(duì)光學(xué)感興趣的學(xué)生都可以到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在感受到樂(lè)趣的同時(shí)，還能修得學(xué)分，提高他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

3.教學(xué)過(guò)程。教師在光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教課之前，自身應(yīng)該充分準(zhǔn)備。除了把相關(guān)的理論知識(shí)整理把握充分之外，還應(yīng)該把要演示的實(shí)驗(yàn)仔細(xì)做2～3遍[4]，盡量預(yù)先面對(duì)教學(xué)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，以防在教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)無(wú)法預(yù)估的問(wèn)題時(shí)太慌張。另外在實(shí)驗(yàn)之前先不告知學(xué)生具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓他們帶著一種新奇的心理進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室，激發(fā)大家的探索欲望。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，先讓學(xué)生自由分組進(jìn)行操作，根據(jù)學(xué)生水平及興趣愛(ài)好，分工協(xié)同合作，培養(yǎng)學(xué)生的合作溝通能力。教學(xué)過(guò)程中，先為大家簡(jiǎn)單介紹一下每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，或者有需要時(shí)簡(jiǎn)單演示一些現(xiàn)象，讓學(xué)生聯(lián)想現(xiàn)實(shí)生活中類(lèi)似的現(xiàn)象，然后再讓學(xué)生回想支持這種現(xiàn)象的光學(xué)原理，這樣由現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象中得到的理論更容易加深印象。給出一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后，鼓勵(lì)大家去尋找用以支撐這個(gè)現(xiàn)象的理論，讓大家通過(guò)自己的努力尋求出原因。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有說(shuō)明書(shū)、物理演示與探索計(jì)算機(jī)導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)供學(xué)生查找。教師也會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中，指導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究和分析現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要根據(jù)每個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體情況，以及學(xué)生的不同反應(yīng)，隨時(shí)調(diào)整教學(xué)方式。比如光學(xué)模塊中的簾式皂膜實(shí)驗(yàn)，看到實(shí)驗(yàn)中的皂液，大家自然就想到小時(shí)候玩的肥皂泡，看到皂膜呈現(xiàn)的彩色花紋，有些同學(xué)還會(huì)想到雨過(guò)天晴的路面積水，然后再問(wèn)肥皂水不是彩色的，為什么會(huì)有彩色花紋呢？有些同學(xué)就能指出是薄膜干涉，但是具體產(chǎn)生過(guò)程，留待同學(xué)自己去探索。再比如海市蜃樓實(shí)驗(yàn)，一聽(tīng)到這個(gè)名字，學(xué)生都知道海市蜃樓的故事，也知道它表示的是虛幻的東西，然后學(xué)生看實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)本來(lái)等高的兩個(gè)模型，經(jīng)過(guò)鹽水一方的卻升高了。對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象大家都比較熟悉，這時(shí)教師提出來(lái)是什么原因造成這種現(xiàn)象的，大多數(shù)學(xué)生不知道。這時(shí)如果一味讓學(xué)生自己去想，可能有點(diǎn)困難，教師此時(shí)應(yīng)適時(shí)給點(diǎn)提醒，鹽水經(jīng)過(guò)一段時(shí)間靜置之后，下層的濃度最大。讓學(xué)生聯(lián)想濃度差會(huì)引起光學(xué)理論中的什么東西，這時(shí)就能有同學(xué)知道折射率差別。然后再回到日常生活中，同學(xué)們就都知道海上的大氣折射率會(huì)有差別。當(dāng)然更具體的細(xì)節(jié)的內(nèi)容留給學(xué)生去探尋。在光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)室中的課上的內(nèi)容結(jié)束之后，并不意味著教學(xué)過(guò)程就結(jié)束。學(xué)生回去之后選一個(gè)自己最感興趣的實(shí)驗(yàn)寫(xiě)報(bào)告，每組學(xué)生協(xié)同合作，共同出一份報(bào)告，不要求每位同學(xué)都交。這樣，使學(xué)生不受限于學(xué)分和報(bào)告，更能提高報(bào)告的質(zhì)量，也更能增加學(xué)生的興趣。

光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)配合理論課教學(xué)，內(nèi)容新穎、生動(dòng)有趣、技術(shù)先進(jìn)的教學(xué)儀器，不僅可以幫助學(xué)生理解光學(xué)概念，提高學(xué)習(xí)興趣，更可以激發(fā)學(xué)生的探索熱情和創(chuàng)新意識(shí)。經(jīng)過(guò)我們教師不斷地探索與實(shí)踐努力，已逐漸形成一套成熟且具有我校特色的光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并逐漸把這個(gè)教學(xué)模式推廣到其他物理演示實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

[1]顧菊觀.光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].湖州師專(zhuān)學(xué)報(bào)，1997，19（005）：49-52.

[2]周菊林，李蓓，周華林.加強(qiáng)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（02）.

[3]宋賢征，竹有章.國(guó)內(nèi)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查[J].廣西物理，2009，（01）.

[4]朱純，陳健，朱云.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的研究[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2008，（04）.

G642.0

A

1674-9324（2014）01-0198-02

北京建筑工程學(xué)院實(shí)踐教學(xué)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目資助（J13-16）。