在實驗中樹立求實精神，以培養(yǎng)探究能力

葉益勝

摘要：在做有關“薄膜干涉”實驗的一道習題中，引發(fā)了學生對“是否能夠在沒有光照的薄膜一側(cè)觀察到彩色的條紋”的興趣，通過理論上的肯定和否定的反復過程中，引發(fā)了筆者對實驗教學在高中物理教學過程中的作用和當下所存在的一些問題以及如何能夠較好地開展高中物理實驗教學等問題的思考。

關鍵詞：“薄膜干涉”實驗；物理實驗教學；對策措施

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0071

一、有關“薄膜干涉”實驗的一個問題

高中物理（人教版選修3-4）第十三章第7節(jié)“光的顏色 色散”，其中一個重要教學內(nèi)容是“薄膜干涉中的色散”。對于該現(xiàn)象（如圖1所示），我們的觀察角度是光線入射的一側(cè)，對于產(chǎn)生的原因，教材上是這樣描述的：來自兩個面的反射光相互疊加，發(fā)生干涉。然而，在沒有光線入射的另一側(cè)（圖1中薄膜的右側(cè)）是否可以觀察到明暗相間的干涉條紋，由于教材沒有涉及，如果教師不及時點撥就會成為學生學習的盲區(qū)。在學生練習中出現(xiàn)了如下一道題目：

如圖1所示，一束白光從左側(cè)射入肥皂沫，下列說法正確的是（ ）。

A. 人從右側(cè)向左看，可以看到彩色條紋

B. 人從左側(cè)向左看，可以看到彩色條紋

C. 彩色條紋水平排列

D. 彩色條紋豎直排列

這道題給出的標準答案是選項B和C。學生對這一題的選項A有所困惑，為什么從右側(cè)向左看，不能看到彩色條紋呢？是否真的看不到？筆者查閱了眾多資料，選項A錯誤的解釋之一如下：從薄膜右側(cè)出來的光線是折射光線，想要觀察到折射色散，則要求三棱鏡頂角一定要足夠大，而肥皂膜的頂角太小，大面積光束照射后，各單色光的折射光仍會相互重疊，不會發(fā)生折射色散現(xiàn)象，因此看不到色散現(xiàn)象，觀察不到彩色條紋。

但是學生又提出這樣的疑問：有沒有可能在薄膜的右側(cè)發(fā)生干涉現(xiàn)象，進而可以觀察到彩色條紋呢？如圖2所示的③、④兩條透射光在薄膜右側(cè)空間疊加會形成彩色的干涉條紋嗎？

但又有解釋說：想看到干涉條紋，則參與干涉的兩束光線必須強度相近，水與空氣界面反射光強度占4%，透射光強度占96%。從左向右看，前后界面看到的兩束光強度一個是4%，一個是96%×4%=3.84%，可以看到干涉條紋；從右向左看，透射光強占96%×96%=92.16%，反射次數(shù)最少的光占96%×4%×4%×96%=0.15%，強度差別太大，所以看不到干涉彩色條紋。

即使做了這么多看不到彩色條紋的解釋，但我們還是有疑問。原因是：因為人從左側(cè)向右看，反射光的干涉形成了明暗相間的條紋，在明紋處反射光相互疊加振動加強；在暗紋處反射光相互疊加振動減弱。又由增透膜和能量守恒的知識可知，在反射光振動加強的地方透射光弱，在反射光振動減弱的地方透射光強。所以從右側(cè)向左看也應能看到彩色條紋。

那么，究竟能否在薄膜右側(cè)觀察到彩色條紋呢？上述分析只是從理論上做的解釋，但是物理是一門以實驗為基礎的學科，所以能否在薄膜右側(cè)觀察到彩色條紋，我們應該通過實驗來確定。筆者做了一個很簡單的薄膜實驗，在暗室中用金屬絲圈蘸取肥皂液，然后用手電筒照射肥皂液薄膜，發(fā)現(xiàn)在沒有光線的薄膜一側(cè)確實可以觀測到條紋，而且很清楚的觀察到條紋的分布是水平排列的。筆者認為，如果這個實驗讓學生做過或者作為演示實驗在課堂上演示過，學生就不會有這么大的疑問和分歧。

二、有關“薄膜干涉”實驗的一個問題引發(fā)對高中物理實驗教學的思考

1. 高中物理教學中實驗的作用

物理是一門以實驗為基礎的學科。通過實驗旨在培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力、自學能力以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；培養(yǎng)學生尋找良好的實驗方法以及基本的實驗能力和動手能力，并且在此基礎上進一步培養(yǎng)他們的獨立工作能力和探索創(chuàng)新能力。

如上面的案例，如果我們對于在沒有光照的薄膜一側(cè)是否能觀察到彩色的條紋僅從理論上分析，一方面會得出相互矛盾的結(jié)果，另一方面僅對這樣的問題做理論分析，并不能讓學生信服，同時也很難達到預期的物理教學效果。從上面的事例中，我們看到：觀察現(xiàn)象、進行演示和學生分組探究實驗，能夠讓學生具體地、明確地認識物理事實，這是學生能夠理解物理概念和物理規(guī)律的必要基礎。通過觀察和自身動手實驗，對有效地引導學生發(fā)掘問題，激發(fā)其求知欲望，最終通過自身的探索和研究找到解決問題的方法，具有不可替代的重要作用。在實驗教學中，可以適當引導學生找出問題，學會科學的思維方法，只有學生親自思考、推理和實驗探究或驗證的知識，才是記憶最深刻、理解最透徹的。

2. 現(xiàn)狀分析

目前，在大多數(shù)高中物理教學中，教師多注重理論教學，忽視實驗教學，關鍵是沒有真正認識到實驗教學在促進教學效果以及對學生發(fā)展能力方面的重要作用。在日常教學中，部分教師以“看實驗”“程序化實驗”“考試實驗”處理物理實驗。

（1）“看實驗”：通過多媒體展示實驗過程和現(xiàn)象。從過去的物理實驗“看黑板”，轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦摹翱翠浵瘛薄翱赐队啊薄翱碏lash課件”，甚至一些基本的學生實驗也用多媒體來展示，學生是通過看別人做實驗來完成對實驗內(nèi)容的學習。

（2）“程序化實驗”：雖然安排了學生動手進行實驗，卻以單純的機械操作為主。大都是教師先講解實驗目的、實驗原理、儀器、操作步驟和注意事項，然后學生依照現(xiàn)成的實驗步驟進行實驗，記錄幾個數(shù)據(jù)，實驗就算完成了。這樣做實驗，對于學生能力的培養(yǎng)沒有實際效果，學生無法在實驗中形成解決問題的能力。

（3）“考試實驗”：就是學生用筆“做實驗”。為了應對考試需要，教師放棄了學生操作實驗，而是讓學生大量的解答實驗試題，嚴重挫傷了學生動手實踐的積極性。

3. 原因分析

對于上述“薄膜干涉中的色散”問題，很多教師上課時僅作理論上的分析，并且只關注了教材上涉及到的入射光線薄膜一側(cè)的干涉現(xiàn)象的理論分析，再加上學生沒有實際的實驗操作，因此學生對于教師未提到的現(xiàn)象就會顯得茫然。即使有再多的理論分析，還是會得出截然相反的結(jié)論。如果沒有實際的實驗證實，學生對于這個問題，忽視了很多在實驗中本可以輕易觀察到的現(xiàn)象。為什么很多教師不對“薄膜干涉中的色散”這個實驗進行課堂演示，而是僅把它作為一個“黑板實驗”進行講解和分析。筆者認為可能有如下原因：

受應試教育影響，很多教師在實驗教學中都是以講授為主。此外，有些學校沒有重視實驗室的建設。比如，在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗時，很多學校都沒有光電門傳感器而導致實驗效果并不理想，在“自由落體”教學中很多學校沒有頻閃照相機而使學生對于頻閃照片的認識只能停留在課堂的講解和練習上。

4. 對策措施

（1）轉(zhuǎn)變教師觀念，做好基本的學生分組實驗

在高中物理教學中，首先，應確定以實驗為基礎，用實驗來激發(fā)學生的學習興趣，充分發(fā)揮學生學習的主體作用，培養(yǎng)他們操作實驗、設計實驗的實踐能力和創(chuàng)新能力。其次，應該認識到模擬實驗取代不了學生的動手操作。要重視讓學生看實物親自動手操作，這樣才會讓學生在實驗中形成事實求是的精神和探究問題的能力。

（2）加強探索性實驗教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識

教師可以靈活地變課堂演示實驗為“學生分組實驗”或“學生隨堂實驗”，動手做物理實驗可以把學生帶入科學探索情境中，讓學生在實踐中探索新知識，親身經(jīng)歷尋求并發(fā)現(xiàn)知識的過程，使他們的創(chuàng)新潛能得到開發(fā)。所以，根據(jù)實際情況，我們可以改課堂演示實驗為探索性實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識；精心設計探索性實驗，注意提出和啟發(fā)探索問題，引導學生自行探索，在解決各種疑問和設想的過程中培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

（3）進行多項實驗活動，將物理實驗和自己動手做實驗有機結(jié)合

在當前教改的新背景下，選修課程已然成為學生學習的樂土，我們可以開展讓學生制作簡單的實驗儀器，如簡易電動機等，讓學生獲取動手的快樂。同時，教師可以結(jié)合學校的科技社團，開展相應的科技活動課題，實現(xiàn)物理實驗與學科課程有效整合。豐富有趣的課外小實驗活動，極大地激發(fā)了學生學習物理的興趣，加深了對物理概念和規(guī)律的理解，同時提高了動手操作和手腦并用的能力，對學生的智力開發(fā)是很有幫助的。

（4）開放實驗室，采用多種方式提高學生的實踐能力和動手能力

高中物理“開放實驗室”是充分開發(fā)和利用實驗室的豐富課程資源，改變實驗室的封閉式管理狀態(tài)，面向全體學生開放一個實驗空間。學生可以經(jīng)過預約進入實驗室，自主選擇實驗內(nèi)容、實驗材料，自主進行實驗設計和探究實驗。通過開放實驗室，實現(xiàn)實驗室課程資源與學科課程有效整合，采取多種多樣的實驗活動，從而提高學生的實踐能力。特別是對于高三學生，讓他們再次進入實驗室動手做實驗感受一下，往往比做很多的實驗題更為有效。

總之，上面的事例讓我們清楚地認識到：高中物理實驗在學生認知過程中的重要性。作為教師，我們更應該清楚地認識到“過程即是知識”，讓學生在物理實驗過程中形成求是精神，培養(yǎng)探究能力。同時，在當前新教改的背景下，我們更應該通過各種方法和手段來加強高中物理實驗工作的落實。

（作者單位：浙江省溫州市第二外國語學校 325000）