白忠臣+郝禮才+廖莎

【摘要】大學(xué)物理是一門很重要的課程，是理工類本科開設(shè)的重要的公共基礎(chǔ)課程，因此學(xué)好大學(xué)物對(duì)提升學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用能力，鍛煉良好的物理思維具有重要的意義。為了讓學(xué)生更好的理解和掌握物理技能和方法，本文以楊氏雙孔干涉為出發(fā)點(diǎn)，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，再加之實(shí)驗(yàn)演示，針對(duì)如何提升學(xué)生的物理思維，開展了“理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的研究工作。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理 理論教學(xué) 演示實(shí)驗(yàn) 物理思維

【中圖分類號(hào)】G642.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）21-0172-02

引言

物理學(xué)是一門很重要的基礎(chǔ)學(xué)科，其中大學(xué)物理又是物理學(xué)的一門重要的課程，同時(shí)大學(xué)物理也是一門實(shí)驗(yàn)課程。大學(xué)物理中的光學(xué)部分，比如光的幾何三大定律，光的衍射和干涉等規(guī)律都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。為了讓學(xué)生更加充分的理解這些知識(shí)，僅僅依靠傳統(tǒng)的理論教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要在此基礎(chǔ)上，再加之演示實(shí)驗(yàn)。因此演示實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理等實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中，有著非常重要的作用。

與傳統(tǒng)的以理論教學(xué)為主的教學(xué)方式相比，把“理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的教學(xué)方式更加容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和積極性，更加容易打開學(xué)生的物理思維，更加容易的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。但是，對(duì)比歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家各大學(xué)的物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r，我國(guó)的課堂演示實(shí)驗(yàn)的整體發(fā)展仍處于初級(jí)階段[1]。和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距主要集中在演示內(nèi)容的多樣化，演示課程的專業(yè)化和演示手段的多樣化等方面，除了部分的重點(diǎn)大學(xué)外，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的一般院校在大學(xué)物理教學(xué)模式基本上是理論教學(xué)[2]。大多數(shù)學(xué)生的反映是：課程枯燥無味，沒有興趣，無法理解和應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出“理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的教學(xué)方式，即在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，再加之演示實(shí)驗(yàn)，打開學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的思維模式，讓學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。

一、傳統(tǒng)的教學(xué)方式

傳統(tǒng)的教學(xué)方式就是理論教學(xué)，即在課堂上，老師通過黑板板書和多媒體課件，介紹基本理論，然后推導(dǎo)公式，最后得出理論結(jié)果。通過理論教學(xué)可以使學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握學(xué)科的概念體系，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力，所以通過理論教學(xué)來彰顯學(xué)術(shù)性，鼓勵(lì)通過理論創(chuàng)新[3]。

以楊氏雙孔干涉為例，往往是老師在黑板上介紹光的干涉的基本理論，即當(dāng)頻率相同、振動(dòng)方向相同、有恒定相位差的兩列光波，在空間范圍內(nèi)疊加時(shí)，某些地方振動(dòng)加強(qiáng)，某些地方振動(dòng)減弱，光強(qiáng)形成了穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象叫做光的干涉；然后推導(dǎo)公式，當(dāng)頻率相同、振動(dòng)方向相同、有恒定相位差的兩列光波可以表示為：，，在空間某點(diǎn)P點(diǎn)相遇后的場(chǎng)強(qiáng)經(jīng)推導(dǎo)后為：，其中相位差，公式中的為光程差；得出理論結(jié)果為：當(dāng)相位差時(shí)，即光程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，干涉加強(qiáng)，出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)相位差時(shí)，即光程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，干涉減弱，出現(xiàn)暗條紋，因此干涉的結(jié)果是：某些地方振動(dòng)加強(qiáng)，某些地方振動(dòng)減弱，光強(qiáng)形成了穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象。

二、“理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的教學(xué)方式

1.演示實(shí)驗(yàn)

一般認(rèn)為，演示實(shí)驗(yàn)是指在課堂上教師為配合課堂教學(xué)而對(duì)學(xué)生所做的表演性、示范性實(shí)驗(yàn)。而物理演示實(shí)驗(yàn)就是把要研究的物理現(xiàn)象展示在學(xué)生眼前，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，配合講授或穿插學(xué)生討論等方式完成課堂教學(xué)任務(wù)[4]。演示實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生實(shí)實(shí)在在接觸到實(shí)驗(yàn)儀器裝置并同步觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。演示實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生起著潛移默化的直接示范作用，可以指導(dǎo)學(xué)生分析物理現(xiàn)象，獲得生動(dòng)直觀的感性認(rèn)識(shí)，從而更好地理解和掌握物理概念和規(guī)律。

實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)所用儀器和設(shè)備要盡量簡(jiǎn)單、輕便；演示現(xiàn)象須直觀、明晰；演示過程時(shí)間要短且可見度高，以培養(yǎng)學(xué)生的觀察與分析問題的能力。以楊氏雙孔干涉為例，在實(shí)驗(yàn)室里找到光源、單孔屏、雙空屏和觀察屏后（如圖1），分析每個(gè)所用光學(xué)器件的作用。光源的作用是提供光；單孔屏的作用是把光源發(fā)出的光變成點(diǎn)光源，因此單孔的孔徑要小；雙空屏的作用是把來自單孔屏的空變成兩束相關(guān)光；觀察屏的作用是觀察干涉圖樣。然后按照實(shí)驗(yàn)要求，搭建光路，并根據(jù)觀察屏上的干涉圖樣調(diào)試光路。最后，觀察到觀察屏上的干涉結(jié)果是等間隔的明暗相干的同心圓環(huán)；并且通過改變雙空屏和觀察屏的距離發(fā)現(xiàn)，條紋間距發(fā)生改變。

2.“理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合

理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，即在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，加之實(shí)驗(yàn)演示。以楊氏雙孔干涉為例，首先理論教學(xué)給學(xué)生講解基本理論，介紹干涉的基本理論，然后推導(dǎo)公式，最后得理論結(jié)果；同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室演示楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)。用理論知識(shí)去指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，比如根據(jù)推導(dǎo)出的條紋間距（代表光的波長(zhǎng)；D代表雙孔屏和觀察屏之間的距離；n代表干涉級(jí)數(shù)；d代表雙孔之間的距離），分析得到，條紋間距e隨著雙孔屏和觀察屏之間的距離D的增大而變大；同時(shí)在實(shí)驗(yàn)上，固定雙孔屏不懂，移動(dòng)觀察屏，增加雙孔屏和觀察屏之間的距離，觀察觀察屏上的條紋間距，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果去驗(yàn)證理論公式的正確性。

一邊理論教學(xué)，一邊演示實(shí)驗(yàn)，這種“理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的教學(xué)方式讓學(xué)生更加容易接受所講的知識(shí)，更加容易打開學(xué)生的思維；同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與演示實(shí)驗(yàn)，邊演示邊提出疑問，讓學(xué)生主動(dòng)去思考，與學(xué)生共同探索其中的物理規(guī)律。

3.教學(xué)實(shí)踐的幾點(diǎn)思考

（1）注意和學(xué)生之間的互動(dòng)

演示實(shí)驗(yàn)不僅是為了讓學(xué)生獲得較為直觀的感性認(rèn)識(shí)，更重要的是打開學(xué)生的物理思維，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力[5]。此時(shí)，學(xué)生不再像傳統(tǒng)教學(xué)模式的理論教學(xué)那樣，不再被動(dòng)地接受教師所講的實(shí)驗(yàn)原理和方法，記住實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。傳統(tǒng)的教學(xué)演示就是教師演示，學(xué)生看不參與，學(xué)生有種“看熱鬧”的心態(tài)。真正有效的課堂演示實(shí)驗(yàn)，應(yīng)是教師示范與學(xué)生參與相結(jié)合。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與演示實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用與學(xué)生討論分析的方法，邊演示邊提出疑問，讓學(xué)生主動(dòng)去思考，與學(xué)生共同探索其中的物理規(guī)律。

（2）多種演示實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式

有時(shí)往往受實(shí)驗(yàn)器材、空間、時(shí)間的限制，無法讓學(xué)生觀察到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)全過程，為了不影響教學(xué)效果，我們可以事先在實(shí)驗(yàn)室錄制實(shí)驗(yàn)過程，制作成多媒體視頻演示實(shí)驗(yàn)[6]，同樣可以讓學(xué)生觀察每個(gè)細(xì)節(jié)，有助于物理知識(shí)的掌握；而對(duì)有些無法直接觀察、不能事先錄制的實(shí)驗(yàn)，可以應(yīng)用Flash、Auto-cad、Author-ware 等計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬，制作成仿真動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)，從而使本來單一的演示實(shí)驗(yàn)變得多樣化，對(duì)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的提高也能起到積極的促進(jìn)作用。

三、結(jié)語

本文以楊氏雙孔干涉為出發(fā)點(diǎn)，分析了“理論教學(xué)和演示實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合的教學(xué)方式在大學(xué)物理中的重要性。把理論教學(xué)與演示實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來的大學(xué)物理教學(xué)中，學(xué)生不僅是實(shí)驗(yàn)的觀察者，更是參與者和討論者。演示實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理教學(xué)中起著積極的促進(jìn)作用，也可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、創(chuàng)新精神和實(shí)踐操作能力。

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