關(guān)于提高光學(xué)探究實(shí)驗(yàn)有效性的實(shí)踐與思考

郭秀芝，陳若輝，關(guān)文翠

(北華大學(xué)物理學(xué)院，吉林吉林132013)

經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的努力，高等教育在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面的改革成效顯著，在各大學(xué)課堂，以各種形式廣泛地開(kāi)展了探究式教學(xué)的教學(xué)模式，被認(rèn)為是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效的教學(xué)模式。特別是以實(shí)驗(yàn)科學(xué)為基礎(chǔ)的物理學(xué)科的教學(xué)中應(yīng)用探究式教學(xué)模式既適合物理學(xué)科理論內(nèi)容的思維方式，又與學(xué)科教育手段天然地吻合，因此，改革光學(xué)課程的教學(xué)為探究式教學(xué)模式，多次實(shí)踐的過(guò)程中感覺(jué)到，提高探究實(shí)驗(yàn)的有效性是提高探究式教學(xué)效果的關(guān)鍵因素，這個(gè)問(wèn)題僅有個(gè)別的專(zhuān)家學(xué)者注意到，如孫毅等“關(guān)于電工探究實(shí)驗(yàn)有效性的思考”［1］;周玉芝“以探究度設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力”［2］;傅玲等研究了“探究過(guò)程的評(píng)估依據(jù)”［3］等;但沒(méi)有引起更廣泛的關(guān)注。在這里把教學(xué)實(shí)踐中有關(guān)提高探究實(shí)驗(yàn)有效性的體會(huì)總結(jié)一下，以供參考。

一、提高探究實(shí)驗(yàn)有效性的理性思考

光學(xué)課程的特點(diǎn)是理論思維抽象，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象日常生活中又不常見(jiàn)，學(xué)生們?nèi)狈Ω行哉J(rèn)識(shí)，因此，探究式教學(xué)模式特別適合光學(xué)課程的教學(xué)。是本著“先探后學(xué)再實(shí)踐”的探究式教學(xué)模式進(jìn)行光學(xué)課程教學(xué)的，“探”要探到對(duì)光的現(xiàn)象和基本規(guī)律建立起感性認(rèn)識(shí)的程度，在實(shí)踐過(guò)程中體會(huì)到，提高探究實(shí)驗(yàn)的有效性:

(一)克服盲目性，提高探究性

最初設(shè)計(jì)的探究實(shí)驗(yàn)，從完成理論教學(xué)任務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，給出一些探究問(wèn)題，學(xué)生探究的過(guò)程相當(dāng)于對(duì)理論課的結(jié)論做一個(gè)驗(yàn)證，這遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出探究實(shí)驗(yàn)的功能，因此進(jìn)一步改進(jìn)了教學(xué)。首先，教師給出探究的大方向，指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生們提出探究的問(wèn)題。

教師又根據(jù)教學(xué)目標(biāo)通過(guò)簡(jiǎn)單典型的演示實(shí)驗(yàn)有意引導(dǎo)學(xué)生們的思維方向，從而提出探究的問(wèn)題［4］，并幫助學(xué)生們選擇可以作為探究的問(wèn)題，提出探究的具體問(wèn)題是提高探究性的關(guān)鍵。探究實(shí)驗(yàn)的目的是想通過(guò)模仿科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、建立理論的過(guò)程來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)，因此，作為探究的問(wèn)題是應(yīng)該局限于“發(fā)現(xiàn)型”的問(wèn)題［5-6］，這些問(wèn)題應(yīng)該是學(xué)生們自己可以夠得著的，是實(shí)際存在的，問(wèn)題的答案有的是已知的，有的卻沒(méi)有解決的辦法或答案;教師在備課時(shí)，準(zhǔn)備了多種儀器、設(shè)備，作為學(xué)生們通過(guò)探究找到問(wèn)題答案的工具，答案一定是能夠找得到的，又是可以深入進(jìn)行下去的，由此，學(xué)生們獲得了新知識(shí)，師生共同完成教學(xué)任務(wù)。

(二)克服依賴(lài)性，倡導(dǎo)自主、合作性

受多年來(lái)“師本教育”的影響，學(xué)生們總會(huì)不自覺(jué)地問(wèn):這應(yīng)該怎么做?教師要有意避開(kāi)直接回答學(xué)生們的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生自己探究，小組內(nèi)合作探究。探究中所見(jiàn)到的新現(xiàn)象，有的學(xué)生只是在書(shū)本上見(jiàn)到過(guò)圖畫(huà)，在實(shí)踐活動(dòng)中未曾見(jiàn)到過(guò)，對(duì)這些現(xiàn)象所隱含的變化規(guī)律更無(wú)從知曉，因此要求小組內(nèi)同學(xué)共同探究，對(duì)每一步實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所反映的規(guī)律，要求學(xué)生們各抒己見(jiàn)，集思廣益，并與教師、教材提供的結(jié)論相比較，檢查各自的結(jié)論是否正確，保證個(gè)體探究到的知識(shí)與科學(xué)知識(shí)之間建立起正確的聯(lián)系。

(三)克服表面性，突出建構(gòu)性

最初的探究實(shí)驗(yàn)只是得到一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就滿(mǎn)足，進(jìn)一步的探究實(shí)驗(yàn)要立足于探究到理論課程所涉及的基本規(guī)律的大部分甚至全部，這就給設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提出了更高的要求，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置要有針對(duì)性，每組實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)應(yīng)于探究理論的某一個(gè)側(cè)面，探究初期，將完成教學(xué)任務(wù)寓于探究中，教師要有針對(duì)性地安排探究設(shè)備，探究難度大的安排給動(dòng)手能力強(qiáng)的小組，保證全體同學(xué)能夠探究到理論知識(shí)的方方面面。然后提供充足的自由探究時(shí)間和空間，培養(yǎng)學(xué)生們的探究能力，能夠通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)建構(gòu)出理論知識(shí)的概貌是最佳的探究［7］。

(四)克服毛糙性，加強(qiáng)交流性

同學(xué)們?cè)谔骄繒r(shí)容易滿(mǎn)足于:我看到現(xiàn)象了，我找到規(guī)律了。在探究過(guò)程中各個(gè)小組都會(huì)得到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有的小組探究到的東西會(huì)多一些，但各小組探究的側(cè)面可能不同，這時(shí)充分的交流、總結(jié)探究的結(jié)果尤為重要。交流同學(xué)們探究到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、規(guī)律及對(duì)規(guī)律的解釋?zhuān)梢约ぐl(fā)其他同學(xué)做更廣泛的探究，可以激發(fā)其他同學(xué)對(duì)各種解釋提出疑問(wèn)，可以引發(fā)出新的問(wèn)題，可以將實(shí)驗(yàn)證據(jù)、已有的科學(xué)知識(shí)和所提出的解釋緊密結(jié)合起來(lái)，解決彼此觀(guān)點(diǎn)中的矛盾。這個(gè)過(guò)程可以使探究升華，使每個(gè)同學(xué)獲得多角度的感性認(rèn)識(shí)，達(dá)到知識(shí)更新的目的。

二、提高光學(xué)探究實(shí)驗(yàn)有效性的措施

(一)從探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上提高有效性

探究初期，學(xué)生們的興趣點(diǎn)在于只想看到現(xiàn)象，這可以理解，因?yàn)樗麄兾粗骄康膬?nèi)容的深?yuàn)W和規(guī)律性，借助此，可以設(shè)計(jì)由趣味性出發(fā)的組合實(shí)驗(yàn)，完成某個(gè)側(cè)面知識(shí)的探究。如在做光的干涉探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)白光、紗網(wǎng)的多光束干涉及雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的組合用來(lái)完成分波面法干涉的現(xiàn)象及規(guī)律的探究［8］;肥皂膜與邁克爾遜干涉儀組合探究等厚干涉及規(guī)律;白光油膜與邁克爾遜干涉儀組合探究等傾干涉及規(guī)律等等。這樣的設(shè)計(jì)，學(xué)生們感興趣，同時(shí)也達(dá)到了理論教學(xué)所需要的對(duì)規(guī)律的感性認(rèn)識(shí)。

(二)從探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中提高有效性

教師在教學(xué)中體會(huì)到“先放手，再指導(dǎo)，逐步引向深入”的原則，可以提高有效性。探究的第一階段，鼓勵(lì)學(xué)生們自己提出問(wèn)題，教師指導(dǎo)選擇儀器設(shè)備，進(jìn)行探究;第二階段，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間由教師給出若干個(gè)問(wèn)題作參考［9］，如白光紗網(wǎng)得到的干涉像與幾何像有什么不同?雙棱鏡干涉條紋的間距與哪些因素有關(guān)?白光代替納燈作光源時(shí)，干涉條紋有何特點(diǎn)?生成肥皂膜的細(xì)鐵絲框以什么形狀為最好?為什么牛頓環(huán)間距不等，中心稀疏邊沿稠密?等。已經(jīng)提出問(wèn)題并在探究的同學(xué)將繼續(xù)，未提出問(wèn)題的同學(xué)參考教師提出的問(wèn)題選擇探究問(wèn)題，進(jìn)行探究;第三階段，在探究進(jìn)行了大部分時(shí)間之時(shí)，教師給出部分規(guī)律，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生加深探究，如雙光束干涉中，在其它條件不變時(shí)，干涉條紋的間距與縫距成反比;等傾干涉中當(dāng)光程差增大時(shí)會(huì)有冒環(huán)的現(xiàn)象等，只需要做到拋磚引玉即可，制造跳一跳夠得著的探究氛圍，使學(xué)生們能夠保持興趣將探究進(jìn)行下去，為最終建構(gòu)出理論教學(xué)所需的知識(shí)做充分的準(zhǔn)備。

(三)從把握探究的達(dá)成度來(lái)提高探究的有效性

在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間獲得探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是提高有效性的重要因素。因此教師把握探究的達(dá)成度十分必要。一方面要以實(shí)驗(yàn)設(shè)備等硬件做基礎(chǔ);教師在精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的同時(shí)，要切身地去體會(huì)一下，利用哪些設(shè)備要得到什么樣的探究結(jié)果，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)好教學(xué)活動(dòng);探究設(shè)備過(guò)于簡(jiǎn)單，學(xué)生們輕易地得到結(jié)論，不利于培養(yǎng)探究能力，也不能展現(xiàn)豐富的知識(shí)面;探究設(shè)備過(guò)于復(fù)雜，學(xué)生們面對(duì)它不知所措，會(huì)扼殺探究的興趣;我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣的探究實(shí)驗(yàn)運(yùn)行方式，探究從學(xué)生們獨(dú)自可以掌控的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為入手點(diǎn)，得到了初步的探究結(jié)果后，再逐步深入。另一方面，以教師的知識(shí)儲(chǔ)備等軟件作保障，教師要恰當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)在學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)到關(guān)鍵處，及時(shí)排解探究中出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題，保障學(xué)生的探究沿著解決“探究問(wèn)題“的路徑進(jìn)行下去，直至完成探究任務(wù)。

(四)從探究結(jié)果的交流中提高有效性

交流可以集思廣益，交流可以去除糟粕，取之精華。交流中有位同學(xué)介紹了他的工作，“提出的探究問(wèn)題是:光柵縫數(shù)對(duì)衍射花樣擴(kuò)展程度的影響?探究前的設(shè)想可能是縫數(shù)越多，衍射花樣擴(kuò)展程度越大?探究結(jié)果顯示設(shè)想錯(cuò)了，事實(shí)是縫數(shù)越密，擴(kuò)展程度越大”交流中看到了探究的成效。探究初始學(xué)生們提的問(wèn)題是:怎樣能夠看到單縫衍射圖樣?如何產(chǎn)生白光透射光牛頓環(huán)干涉條紋?探究深入下去時(shí)，同學(xué)們的問(wèn)題是:如何判斷邁克爾遜干涉儀兩塊反射鏡嚴(yán)格垂直?擴(kuò)散的激光和鈉光產(chǎn)生的圓環(huán)條紋的差別?通過(guò)四分之一波晶片的光是什么樣的光?通過(guò)交流，在教師指導(dǎo)下定性地建構(gòu)出各個(gè)部分系統(tǒng)的知識(shí)，如:光的干涉現(xiàn)象探究之后，通過(guò)交流，分別建構(gòu)出分波面法雙光束干涉光強(qiáng)分布與兩光源距離、光源到屏的距離及波長(zhǎng)的大小等之間的關(guān)系;等傾干涉中得到干涉原理、兩束光的光程差與干涉環(huán)間距及干涉環(huán)運(yùn)動(dòng)方向間的關(guān)系等;交流的結(jié)果，在學(xué)生們的頭腦中對(duì)光學(xué)理論的各個(gè)部分建立起一個(gè)較完整的感性認(rèn)識(shí)，達(dá)到了探究實(shí)驗(yàn)的目的。

三、結(jié) 語(yǔ)

在光學(xué)課程的教學(xué)中應(yīng)用探究式教學(xué)模式，探究實(shí)驗(yàn)是前提，探究實(shí)驗(yàn)的有效性是關(guān)鍵，提高探究實(shí)驗(yàn)的有效性可以在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及設(shè)備的設(shè)計(jì)上、在探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行中及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的交流上做細(xì)致的工作。在這樣的教學(xué)過(guò)程中，師生要共同努力，才能構(gòu)建一個(gè)具有探究性，自主、合作性，建構(gòu)性及交流性的有效課堂。

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