葉益勝

摘要：在做有關(guān)“薄膜干涉”實驗的一道習(xí)題中，引發(fā)了學(xué)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(fù)過程中，引發(fā)了筆者對實驗教學(xué)在高中物理教學(xué)過程中的作用和當(dāng)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(xué)等問題的思考。

關(guān)鍵詞：“薄膜干涉”實驗；物理實驗教學(xué)；對策措施

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

一、有關(guān)“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(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的盲區(qū)。在學(xué)生練習(xí)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(biāo)準(zhǔn)答案是選項B和C。學(xué)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(xué)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(yīng)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(chǔ)的學(xué)科，所以能否在薄膜右側(cè)觀察到彩色條紋，我們應(yīng)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(rèn)為，如果這個實驗讓學(xué)生做過或者作為演示實驗在課堂上演示過，學(xué)生就不會有這么大的疑問和分歧。

二、有關(guān)“薄膜干涉”實驗的一個問題引發(fā)對高中物理實驗教學(xué)的思考

1. 高中物理教學(xué)中實驗的作用

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。通過實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、自學(xué)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(xué)生尋找良好的實驗方法以及基本的實驗?zāi)芰蛣邮帜芰?，并且在此基礎(chǔ)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(xué)生信服，同時也很難達(dá)到預(yù)期的物理教學(xué)效果。從上面的事例中，我們看到：觀察現(xiàn)象、進行演示和學(xué)生分組探究實驗，能夠讓學(xué)生具體地、明確地認(rèn)識物理事實，這是學(xué)生能夠理解物理概念和物理規(guī)律的必要基礎(chǔ)。通過觀察和自身動手實驗，對有效地引導(dǎo)學(xué)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(xué)中，可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生找出問題，學(xué)會科學(xué)的思維方法，只有學(xué)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(xué)中，教師多注重理論教學(xué)，忽視實驗教學(xué)，關(guān)鍵是沒有真正認(rèn)識到實驗教學(xué)在促進教學(xué)效果以及對學(xué)生發(fā)展能力方面的重要作用。在日常教學(xué)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(xué)生實驗也用多媒體來展示，學(xué)生是通過看別人做實驗來完成對實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

（2）“程序化實驗”：雖然安排了學(xué)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?zāi)康?、實驗原理、儀器、操作步驟和注意事項，然后學(xué)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(xué)生能力的培養(yǎng)沒有實際效果，學(xué)生無法在實驗中形成解決問題的能力。

（3）“考試實驗”：就是學(xué)生用筆“做實驗”。為了應(yīng)對考試需要，教師放棄了學(xué)生操作實驗，而是讓學(xué)生大量的解答實驗試題，嚴(yán)重挫傷了學(xué)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(guān)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(xué)生沒有實際的實驗操作，因此學(xué)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(xué)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(rèn)為可能有如下原因：

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

4. 對策措施

（1）轉(zhuǎn)變教師觀念，做好基本的學(xué)生分組實驗

在高中物理教學(xué)中，首先，應(yīng)確定以實驗為基礎(chǔ)，用實驗來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，培養(yǎng)他們操作實驗、設(shè)計實驗的實踐能力和創(chuàng)新能力。其次，應(yīng)該認(rèn)識到模擬實驗取代不了學(xué)生的動手操作。要重視讓學(xué)生看實物親自動手操作，這樣才會讓學(xué)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(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

教師可以靈活地變課堂演示實驗為“學(xué)生分組實驗”或“學(xué)生隨堂實驗”，動手做物理實驗可以把學(xué)生帶入科學(xué)探索情境中，讓學(xué)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(xué)生的創(chuàng)新意識；精心設(shè)計探索性實驗，注意提出和啟發(fā)探索問題，引導(dǎo)學(xué)生自行探索，在解決各種疑問和設(shè)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(dāng)前教改的新背景下，選修課程已然成為學(xué)生學(xué)習(xí)的樂土，我們可以開展讓學(xué)生制作簡單的實驗儀器，如簡易電動機等，讓學(xué)生獲取動手的快樂。同時，教師可以結(jié)合學(xué)校的科技社團，開展相應(yīng)的科技活動課題，實現(xiàn)物理實驗與學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)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(xué)生開放一個實驗空間。學(xué)生可以經(jīng)過預(yù)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(shè)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(xué)科課程有效整合，采取多種多樣的實驗活動，從而提高學(xué)生的實踐能力。特別是對于高三學(xué)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(rèn)識到：高中物理實驗在學(xué)生認(rèn)知過程中的重要性。作為教師，我們更應(yīng)該清楚地認(rèn)識到“過程即是知識”，讓學(xué)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(dāng)前新教改的背景下，我們更應(yīng)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(xué)校 325000）