姜馨

【摘要】新課程改革背景下，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)探究能力在中學(xué)物理教學(xué)中被愈發(fā)重視.在中學(xué)物理教學(xué)中，為培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)，結(jié)合陶行知教育理念，本文以“光的干涉”為例，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題、小組實(shí)驗(yàn)、師生問(wèn)答、自主探究等環(huán)節(jié)，闡述如何以“讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人”為目標(biāo)開(kāi)展中學(xué)物理教學(xué).

【關(guān)鍵詞】物理核心素養(yǎng)；自主學(xué)習(xí)；光的干涉

以新課程改革為背景，在中學(xué)物理教學(xué)研究中，科學(xué)創(chuàng)新能力與自主學(xué)習(xí)能力被愈發(fā)重視起來(lái).“高中物理教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)”這一觀點(diǎn)于2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2020修訂）》中提出[1]，自此，“科學(xué)探究”成為物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要層面之一.

陶行知教育思想理論體系的主要內(nèi)容之一是“教學(xué)做合一”，以此為理論基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合新課程改革的基本理念，充分利用學(xué)生已有的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，使其成為新知識(shí)學(xué)習(xí)探究的起點(diǎn)，本文以“光的干涉”為例談?wù)勅绾我宰寣W(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人為目標(biāo)開(kāi)展中學(xué)物理教學(xué)[2].本案例具體思路為：以生活經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)入為基礎(chǔ)，提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)，觀察光的干涉現(xiàn)象[3-4]；然后對(duì)其現(xiàn)象進(jìn)行猜想和假設(shè)，并通過(guò)已學(xué)過(guò)的波動(dòng)理論為基礎(chǔ)予以驗(yàn)證.

1?“光的干涉”教學(xué)案例

1.1?案例題旨

“光”是什么？這似乎是個(gè)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題.然而它卻開(kāi)啟了人類(lèi)的智慧和視野.毫不夸張地說(shuō)，正是楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)證了光的波動(dòng)性的漣漪，讓人們得以初窺世界的奇妙.對(duì)光的研究至今依然讓無(wú)數(shù)科學(xué)家為之著迷.

1.2?案例研究的主要問(wèn)題

（1）教學(xué)條件下的現(xiàn)象教學(xué)應(yīng)該讓學(xué)生得到什么？如何得到？

（2）學(xué)生探究過(guò)程中教師起何作用？對(duì)于學(xué)生自主學(xué)習(xí)具有何種意義？

（3）如何讓學(xué)生有效地建立物理思維過(guò)程？

1.3?教學(xué)過(guò)程

1.3.1?創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，引入新課

教師引入新課“光的干涉”并引導(dǎo)學(xué)生深入思考.

問(wèn)題1?當(dāng)我們都還是一些“十萬(wàn)個(gè)為什么”少年，不知道有沒(méi)有別出心裁的熊孩子問(wèn)過(guò)這樣的問(wèn)題：“陽(yáng)光下的泡泡為什么是彩色的”.

問(wèn)題2?光究竟是什么？

牛頓是光微粒說(shuō)的堅(jiān)定支持者，而惠更斯則認(rèn)為光在空間中以波的形式傳播.在1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯楊借助光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，為光具有波動(dòng)性提供了有力證據(jù).

1.3.2?有序探究，發(fā)展素養(yǎng)

（1）小組實(shí)驗(yàn)一，觀察現(xiàn)象

學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)器材，明確實(shí)驗(yàn)原理：教師為每組準(zhǔn)備兩支不同顏色的激光筆，以及兩個(gè)不同間距的雙縫.引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出不同色光激光筆的根本區(qū)別.

師?就是這些最簡(jiǎn)單的設(shè)備，恰恰體現(xiàn)出了最美麗優(yōu)雅的科學(xué)之魂.下面就請(qǐng)大家進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)，注意實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，如確保激光筆正對(duì)雙縫等.

學(xué)生活動(dòng)?教師分別請(qǐng)各組同學(xué)描述觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.教學(xué)中，筆者對(duì)學(xué)生的每一個(gè)觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)都予以充分的重視.

生?光到達(dá)墻上的范圍比不加雙縫前大了.

師?為什么光到達(dá)的范圍比直線傳播的大？

生?因?yàn)橥ㄟ^(guò)每個(gè)縫都會(huì)發(fā)生衍射.

師?加了雙縫之后你觀察到什么圖樣？

生?屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，且條紋間距相等.

（2）比較推理、分析現(xiàn)象

結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生類(lèi)比機(jī)械波的干涉，用波動(dòng)理論解釋明暗條紋分布的情況.教師提出以下問(wèn)題讓學(xué)生思考：

師?如圖1所示，雙縫中垂線與屏幕相交位置P點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)在幾何關(guān)系上有什么特點(diǎn)？呈現(xiàn)明條紋還是暗條紋？

生?S1、S2到P0點(diǎn)距離相同，所以這兩列波的波峰或波谷同時(shí)到達(dá)P0.在這一點(diǎn)兩列波相互加強(qiáng)，因此出現(xiàn)明條紋.

師?肯定學(xué)生回答，同時(shí)指出中間的亮條紋稱(chēng)中央亮條紋，中間兩側(cè)對(duì)稱(chēng)出現(xiàn)的亮條紋稱(chēng)為“第一亮條紋”“第二亮條紋”……；兩側(cè)對(duì)稱(chēng)出現(xiàn)的暗條紋稱(chēng)為“第一暗條紋”“第二暗條紋”，以此類(lèi)推.

師?試分析第一亮條紋的成因.

生?S1、S2到P1點(diǎn)距離不同，兩列波到P1的距離相差一個(gè)波長(zhǎng).兩列波在P1點(diǎn)仍然相互加強(qiáng)，因此出現(xiàn)亮條紋.

師?根據(jù)以上分析，你是否可以說(shuō)出暗條紋的成因？

生?S1、S2到Q1點(diǎn)距離不同，兩列波到達(dá)Q1的距離相差半個(gè)波長(zhǎng)，在這一點(diǎn)兩列波的波峰與波谷疊加，在Q1點(diǎn)相互減弱，因此出現(xiàn)暗條紋.

師?請(qǐng)同學(xué)們討論最終歸納出產(chǎn)生明條紋和暗條紋的一般條件？

學(xué)生思考討論后得出結(jié)論，產(chǎn)生明暗條紋條件如公式（1）（2）所示.

（3）拓展延伸，定量關(guān)系

師?下面我們自然要考慮這樣一個(gè)問(wèn)題，相鄰兩條亮條紋或暗條紋之間的距離是不是一成不變的？是哪些因素對(duì)條紋之間的距離造成影響，又會(huì)造成什么樣的影響？這幾個(gè)問(wèn)題希望大家能大膽推測(cè).

實(shí)驗(yàn)證明?學(xué)生運(yùn)用探究多因素問(wèn)題時(shí)的控制變量思想，結(jié)合手中的儀器再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并展開(kāi)小組討論，以小組為單位發(fā)表實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ① 縫到屏間的距離越大間距越大；② 雙縫間距d越大，間距越小；③ 與光源的波長(zhǎng)越大，間距越大.

理論證明?引導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)方法證明自己的定性猜想.夯實(shí)對(duì)結(jié)論的理解.

1.3.3?學(xué)習(xí)應(yīng)用，自主探究

（1）師生問(wèn)答

師?請(qǐng)同學(xué)們觀察圖2中彩色條紋并大膽猜測(cè)彩色條紋是怎么產(chǎn)生的呢？

生?白光發(fā)生了干涉.

師?為什么在日常生活中我們很難看到光的干涉現(xiàn)象呢？

在學(xué)生探討后，教師概括：看上去相同的光源，但它并不滿(mǎn)足干涉的條件.要發(fā)生光的干涉現(xiàn)象必須有兩個(gè)振動(dòng)情況完全相同的光源，包括頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定，而普通光源發(fā)出的光各列波很難滿(mǎn)足條件，因此雙縫干涉中雙縫的作用就顯而易見(jiàn)了，就是為了獲得振動(dòng)情況完全相同的光源——相干光源.

師?回歸本案最初引入的生活情境，現(xiàn)在你知道彩色泡泡的秘密了嗎？

生?是發(fā)生了光的干涉.

師?是的，這也叫做薄膜干涉現(xiàn)象.

（2）小組實(shí)驗(yàn)二，學(xué)生活動(dòng)

實(shí)驗(yàn)要求：同學(xué)們利用肥皂水、平面鏡、蠟燭，自己動(dòng)手制作肥皂膜.對(duì)比燭焰在肥皂膜上的像與平面鏡中的燭焰有什么不一樣？

生?肥皂膜上看到的像與平面鏡中的像相比出現(xiàn)了明暗相間的條紋.

師?像有明暗相間的條紋，與什么現(xiàn)象類(lèi)似呢？

生?雙縫干涉.

接下來(lái)，教師引導(dǎo)同學(xué)比較一下雙縫干涉圖樣與薄膜干涉圖樣的異同.相同點(diǎn)：都是明暗相間的條紋；不同：雙縫干涉是豎條紋，薄膜是橫條紋，雙縫干涉在光屏上可以觀察，薄膜要用眼睛觀察.教師對(duì)以上幾位同學(xué)的觀察及時(shí)給予肯定，并深入提問(wèn)為什么有這樣的差異呢？為了弄清這一點(diǎn)，我們要明白薄膜干涉的成因（圖3）.

師?薄膜干涉中相干光的來(lái)源是什么？光的路程差是由什么產(chǎn)生的？

學(xué)生小組討論后得出結(jié)論：相干光來(lái)源為薄膜前后表面反射的光；由于重力作用，肥皂膜上薄下厚，薄膜厚度決定了光的路程差，前后兩個(gè)面的反射光疊加，當(dāng)光的路程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋，當(dāng)光的路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋.

（3）應(yīng)用實(shí)例介紹

再給大家介紹一個(gè)干涉現(xiàn)象在技術(shù)上的應(yīng)用實(shí)例——用干涉法檢查平面的平整程度.取一個(gè)透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個(gè)楔形空氣膜，用單色光從上面向下照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會(huì)看到干涉條紋.

大家認(rèn)為，圖4中哪幅圖代表被檢平面是平整的呢？答案是甲圖.原因是厚度相等的地方，干涉情況一樣，即如果某一處反射回來(lái)的兩列波疊加，光振動(dòng)加強(qiáng)，產(chǎn)生亮點(diǎn)，那些與這處厚度相等的地方都是亮點(diǎn)，他們連起來(lái)組成亮條紋，若其他厚度處兩列波疊加減弱，產(chǎn)生暗條紋，因此厚度變化情況決定了條紋的形狀.如果被測(cè)表面是平整的，單色光干涉條紋為平行、等間距、明暗相間的條紋.那么，光的干涉還可以有哪些應(yīng)用呢，就請(qǐng)同學(xué)們課后注意觀察并加以探究解析.

小結(jié)?雖然我們有了一些成果，但我們對(duì)光的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)楣?，地球有了白天；因?yàn)楣?，世界變得斑斕；也因?yàn)楣?，萬(wàn)物有了生長(zhǎng)的能源.希望大家仍保持一顆探求之心，奮力掀開(kāi)光學(xué)的神秘面紗.

3?教學(xué)啟示與反思

學(xué)生的主體作用要貫穿始終，學(xué)生不再是名義上的主體.教師通過(guò)設(shè)置教學(xué)活動(dòng)的環(huán)境，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并想辦法解決問(wèn)題給出證明.教學(xué)活動(dòng)中，教師的作用始終是節(jié)奏的調(diào)控者，始終做到既不將知識(shí)和盤(pán)托出，也沒(méi)有簡(jiǎn)單地設(shè)置學(xué)習(xí)目標(biāo)，而是努力將教學(xué)內(nèi)容問(wèn)題化，以問(wèn)題導(dǎo)向引導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行思考和探究，從而實(shí)現(xiàn)既定的知識(shí)與技能、過(guò)程與方法以及情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面的教學(xué)目標(biāo)[5].承認(rèn)和尊重學(xué)生思維的主體性.在難點(diǎn)、重點(diǎn)處適當(dāng)放慢節(jié)奏，給學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行思考和討論.

本案例“光的干涉”教學(xué)設(shè)計(jì)試圖突破傳統(tǒng)做法，基于學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和知識(shí)儲(chǔ)備開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)新課程三維價(jià)值體系.通過(guò)情境和問(wèn)題的緊密聯(lián)系引領(lǐng)學(xué)生思考，為后續(xù)探究活動(dòng)的開(kāi)展做鋪墊.在總結(jié)與描述的過(guò)程中，學(xué)生參與意識(shí)積極其強(qiáng)烈，思維活躍而敏捷，縝密而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎己捅硎隽钊速潎@.這一切昭示著這樣的事實(shí)：學(xué)生能夠思考，樂(lè)于思考，善于思考.在今后的中學(xué)物理教學(xué)中，教師應(yīng)該更多的給予機(jī)會(huì)、提供支持，激勵(lì)和疏導(dǎo).這樣的教學(xué)過(guò)程便于實(shí)現(xiàn)主體情知互補(bǔ)，思維與創(chuàng)新同步協(xié)調(diào)發(fā)展，為以學(xué)生為主體的全面發(fā)展奠定基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

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