高中生物理學習興趣的影響研究
——以“雙縫干涉實驗”為例

◇ 甘肅 王 麗

相較于初中物理來說,高中物理知識點無論從數量上還是難度上均有明顯提升,有著高度的抽象性與邏輯性.當高中生在面對較為繁重的學習任務時,若得不到舒適環境、教師引導、方法創新等多方面的支持,極易對物理學習產生畏懼甚至厭惡心理.面對這一情況,教師必須關注學生物理學習興趣的激發,積極探索與創新教學方法,同時加強物理實驗設計與教學實踐的結合,切實提高物理教學效率.“雙縫干涉實驗”是展示光的波粒二象性的重要實驗,可通過向學生演示電子或光子等微觀物質的波動性與粒子性特征,要求學生掌握其中的物理原理,并發現物理現象的神奇之處,從而激發物理學習興趣,提升學習的自主性與主動性.

1 雙縫干涉實驗

雙縫實驗是著名光學實驗,托馬斯·楊在他的《自然哲學講義》中描述了雙縫實驗,即把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面,形成一個點光源,再在紙后面放一張紙,不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫,從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋,這就是現在我們熟知的雙縫干涉條紋.

在量子力學里,雙縫實驗是測試光子或電子等微觀粒子的波動性質與粒子性質的實驗.雙縫實驗所需的基本儀器設置很簡單,拿光的雙縫實驗來說,將相干光束射向一塊內部刻出兩條狹縫的不透明擋板.在擋板的后面,放置照相底片或某種偵測屏,用來記錄通過狹縫的光波的數據.通過這些數據,了解光束的物理性質.光束的波動性質使得通過兩條狹縫的光束互相干涉,造成了顯示于偵測屏的明亮條紋和黑暗條紋,這就是雙縫實驗著名的干涉圖案.可是,實驗者又發覺,光束總是以一顆顆粒子的形式抵達偵測屏.雙縫實驗也可以用來檢試像電子一類粒子的物理行為,雖然使用的儀器不同,都會得到類似的結果,顯示出微觀粒子的波粒二象性.

2 高中生物理學習興趣的培養策略

2.1 精心設計課堂導入，集中學生課堂注意力

課堂教學若能構建良好的開端,便意味著這節課已經成功了一半.對此,教師必須注重課堂導入方式的精心設計,將更多形式的教學輔助手段充分用到課堂導入環節中,在激發學生學習興趣的同時,使學生的課堂注意力能夠持續集中.

例如,教師在教學“雙縫干涉實驗”這一內容時,便可利用多媒體技術導入一些物理學史的相關內容,包括托馬斯·楊于1801年進行的楊氏雙縫干涉實驗中對光的波動性的肯定,1803年他利用干涉原理解釋衍射現象,在同年發表了《自然哲學與機械學講義》,1818年菲涅耳以光的干涉原理補充了惠更斯原理……以圖片、文字、視頻等形式給予學生視覺沖擊,讓學生產生想要一探究竟的欲望,并感知科學家執著的探索與奉獻精神,在降低物理知識抽象性的同時,使學生逐漸領悟物理學習的奧妙.

2.2 持續創新教學方法，調動學生課堂積極性

高中生進行物理學習的過程,實際上就是對物理知識產生特殊認識的過程,其作為認識主體,只有通過感知與實踐才能推動認知活動的順利進行.對此,教師在物理教學中應充分凸顯學生的主體作用,對新的教學方法進行不斷的改進與嘗試,讓學生在探究、討論與發現的過程中做到主動學習,提升學生的物理學習興趣.

教師可嘗試開展啟發式教學,讓學生成為學習主體,而教師則承擔起啟發者、引導者的角色,找準啟發的切入點,并把握好啟發的時機與條件,讓學生開動腦筋思考,展開觀察、發現、探究與實驗,從而帶領學生完成高效的思維活動,起到培養興趣、發展能力等目的.例如在進行“雙縫干涉實驗”教學時,由于之前教師已經講解了相關的理論知識內容,為進一步驗證理論內容,便利用多媒體將“光的干涉現象”這一內容進行回顧,并向學生提問：“當兩個光源與屏上某點間的距離差同波長存在某一關系時,屏上出現亮條紋或暗條紋,大家認為可以用這一原理去測量光的波長嗎?”引導學生跟隨著教師的思路去思考與討論,這樣一來,不僅可以有效激發學生的學習興趣,還能提高其思維、合作與溝通能力,有利于培養高中生的物理學科核心素養.

教師還可引導學生展開研究性學習,讓其對某一物理課題展開多層次、多角度及多形式的研究,進而將其對研究結果產生的間接興趣轉變為對學習過程的直接興趣.由此,物理學習活動便不再是他們的負擔,也不會使其感到枯燥無味,而是轉變為具有成就感的愉快體驗,大大激發了學生的物理學習興趣.例如在進行“雙縫干涉實驗”時,為進一步優化實驗過程與結果,筆者組織了“以激光筆改進雙縫實驗”的探究活動,即采用大功率的激光筆與具有縫寬差異的雙縫、光具架,成像如圖1,即縫寬為0.88mm,光源與屏幕的距離是L＝5.0m 的綠光干涉條紋,為明確條紋寬度,圖1中還有一枚一元硬幣.其中定性探究縫寬、波長、光源和屏幕、相鄰亮條紋間距的關系,可引導學生采用控制變量法展開實驗,先在波長和縫寬都不變的基礎上,改變光源和屏幕之間的距離；再在波長和光源到屏幕的距離不變的情況下,改變縫寬；最后在縫寬和光源到屏幕的距離不變的情況下,改變波長.而定量探究需要學生分組進行,需要將縫寬調整為不同的距離,同時明確相鄰亮條紋的間距及光源到屏幕的距離,測量相應的數據并分析各個變量間的關系.這樣不僅可激發學生的學習興趣,還能提升其動手能力與探究能力.

圖1

2.3 關注課堂教學細節，提高學生物理學習自信

細節決定成敗.在針對高中生展開物理教學時,教師同樣應從細節入手,對各個教學細節進行精心設計與密切關注,從而調動學生的物理學習興趣,使其積極參與到物理教學活動中來.例如如何采用合適的策略來引導學生展開有效預習,課下怎樣復習才能達到鞏固知識的理想效果,怎樣指導學生進行學習筆記的分析、總結、歸納與整合等.

總的來說,高中生正處于物理學習的關鍵階段,學生在這一時期表現出來的物理學習狀態將會對未來的物理學習產生重要的影響.對此,教師應加強對高中生物理學習興趣的激發與培養,做到精心設計課堂導入、持續創新教學方法、關注課堂教學細節等,切實提高學生的物理學習興趣與物理學科核心素養,實現高效物理課堂的構建.