大學物理實驗中光學實驗的特點及其教學策略

高若平

摘 要:大學物理實驗涵蓋力熱光電等專業學科領域的基礎實驗內容。光學實驗同其它實驗相比有自己的特點,教學上應該采取不同的教學策略,以便于學生更好地掌握光學實驗。本文結合作者多年教學經驗,在學生課前預習、課堂實驗和課后總結3個方面作出有針對性的輔導,幫助學生順利完成光學實驗。

關鍵詞:大學物理實驗光學實驗教學策略

中圖分類號:G6 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(b)-0172-01

1 引言

2001年以來,全國許多高校陸續對大學物理實驗教學內容、教學方法、教學模式作了改革,打破了傳統的按力、熱、電、光進行劃分的物理實驗教學體系,建立了基礎性實驗、綜合性實驗和研究設計性實驗3個層次的新物理實驗教學體系。基礎性實驗內容側重在基本實驗知識、基本測量方法、常用儀器設備的使用和基本實驗技能等方面的訓練。綜合性實驗內容主要是一些力、熱、電、光相互滲透的綜合性提高實驗項目。研究設計性實驗一般只給學生題目,設計要求,提供實驗所需儀器,要求學生自己設計實驗,在這個過程中培養學生的創新能力[1]。

我校在實施三層次實驗教學體系十幾年的過程中,也暴露出來一些問題,主要是掩蓋了不同專業學科實驗各自的特點,實驗教學雷同化:對學生課前預習要求雷同化;課堂上實驗教師輔導雷同化——都是課堂開始教師用多媒體投影泛泛講一遍實驗原理、目的、內容、步驟和注意事項等,然后學生開始實驗,采完原始數據,老師簽字,實驗結束;對學生課后實驗報告要求雷同化。教師沒有根據不同實驗項目的具體特點實施教學,學生沒有學到具體問題具體分析處理的方法。

2 新的實驗分類方法

針對三層次實驗教學體系實施過程中暴露出來的問題,結合本人幾十年的教學經驗,再增加一條分類方法就可以很好的解決其缺點。這條新的分類方法就是對綜合性實驗項目,從實驗操作和數據處理的復雜性對比上再做細分:有一些實驗,操作過程相對復雜,前后操作順序有嚴格要求,不能顛倒,每一步操作要求精細,準確到位,操作不到位或者操作過位都不能發生實驗現象。光學實驗項目就有這些特點。另一些實驗,數據處理過程相對復雜,要經過好多公式的換算,還要做圖表等。每一個實驗項目都有不同的特點,正是這些特點才是學生學習和老師教學的意義所在。

細分以后就可以針對不同的實驗項目實施不同的教學策略,從而使學生學到不同問題要有不同處理方法的思想,增強學生日后解決具體問題的靈活性和創新性。

3 光學實驗的內容和特點

光學實驗項目是大學物理實驗的重要組成部分。應該學習和掌握的內容大體包括:光學基本物理量的測量方法。主要有透鏡的焦距,光學系統的基點基面,光學儀器的放大率和分辨率,透明介質的折射率及光波波長等。在學習實驗方法時,要注意它的設計思想、特點及其適用條件。常用光學儀器的使用。主要有光具座、測微目鏡、望遠鏡、分光計、干涉儀和攝譜儀等。了解儀器的構造原理和正常使用狀態,調節到正常使用狀態的方法步驟,操作要求,注意事項,具有較好的操作技能。學習分析光學實驗中的基本光路。主要有自準直光路、助視放大光路、恒偏向光路、分束光路、激光束準直光路等。了解光路組成元件對實驗的影響,學會分析每一個基本光路在整個實驗中的作用以及基本光路之間的銜接配合要求,練習運用基本光路設計簡單實驗,從而鍛煉實踐能力。

光學實驗主要有以下特點:第一實驗和理論密切結合。光學實驗中,如果不掌握光的基本理論,不熟悉光源發光的宏觀特性,不熟悉光波的相干性和偏振態,有些光學實驗很難做好(如光的干涉實驗),有些光學實驗甚至不能進行(如偏振)。只有在理論知識指導下做光學實驗,理論知識才能得到更好的理解和加深,實驗興趣也會大大增加,實驗技能得到提高。第二儀器調節的要求很高。這是光學實驗同其他實驗相比最大的特點,光學實驗中使用的儀器一般比較精密,例如分光計,邁克爾遜干涉儀。光學儀器的調節,不僅是一項基本的實驗操作,而且有豐富的物理內涵,必須在詳細了解儀器性能和特點的基礎上,才能選擇有效而且準確的調節方法,根據觀察到的現象,檢驗和判斷儀器是否處于正常工作狀態,提出應該采取的解決辦法。只有在理論指導下,通過反復耐心的實驗操作訓練才能切實掌握。第三光學實驗的數據測量都是在正確調節后才能進行。因此實驗者理論基礎、操作技能和判斷準確程度,都使測量數據具有不同的偏離和分散,影響測量結果。

4 光學實驗的教學策略

第一、預習階段要求學生透徹理解實驗項目的理論知識。理論知識預習要重新翻閱教材和相關參考書全面復習物理概念和定理。還有一個重要的細節就是要預習所測物理量的理論數值和單位。從根本上講大學物理實驗都是驗證性實驗,所測物理量的數值是早已明確的。預習時應該查手冊搞清楚這些物理量的數值和單位。例如預習《等厚干涉法長度計量》時不僅復習光的干涉概念,更要查資料知道頭發的粗細大概在什么數值范圍內,納米、微米、毫米單位以及它們之間的換算關系。

第二、課堂實驗階段。開始要提問跟這個實驗項目有關的理論知識,檢查學生的預習情況。預習不好的學生,實驗中一定會出問題,重點指導。實驗操作不是一次全講完,而是分段講解,這主要就是由光學實驗的特點決定的。講解第一步操作,操作那些部位,那些部位不要動,看到什么現象算操作成功,然后讓學生做這第一步,體會操作和現象之間的關系;大部分學生出來正確現象后,講解第二步的操作和現象,學生做;然后第三步,依次進行。開始的幾步要詳細講解,細致到每個調節螺絲大約擰幾圈,現象的細節,同時用理論知識做出解釋,經過幾步這樣的訓練以后,學生通過自己的調節體驗,自己看到的與老師講解的現象比對,也逐漸掌握了這種方法,后面的步驟可以粗講了,甚至不講,預習好的學生都能順利進行實驗了,個別差的也有時間重點輔導了。

第三、課后總結階段。由于光學實驗的數據處理都不是太復雜,所以課后總結的重點還是放在對課堂調節找正確現象的過程上。讓學生自己總結自己課堂上的調節過程,找出在理論和實驗結合方面的不足之處,在下一次的光學實驗中注意克服。這樣對學生形成良性循環,經過幾個光學實驗后,逐漸掌握光學實驗的特點,再與其他實驗對比,從而提高實驗技能。

5 結語

三層次實驗教學體系的課改和實施十幾年了,暴露了一些問題。新一輪課改又要開始,作為一名多年從事大學物理實驗教學,主要還是在光學實驗教學方面的老師,面對一輪一輪的教改,進行了我自己的思考,寫了一點淺見與同行交流。

參考文獻

[1] 張穎.關于大學物理實驗課教學改革的探究[J].大學物理實驗,2008(2).