王敏 高長賢 魏江兵 陳志偉

摘 要：對雙相干點光源空間干涉的問題進行分析時，在常見的高中甚至是大學普通物理光學教科書中，一般是在傍軸近似條件下得到平面截面處的干涉圖樣，卻并沒有給出不同平面截面上干涉圖樣的形狀及條紋間距隨坐標軸的變化而變化的具體形式。這給中學的干涉教學造成誤區(qū)，在此則給出了中學教師對于干涉問題的教學探討。

關鍵詞：點光源；空間干涉；教學啟示

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2014）27-0231-02

引言

雙相干點光源在全空間的干涉曲面和空間任意平面的交線即實驗光屏上所觀察到的干涉條紋，所以光屏上干涉條紋是光源全空間干涉的局部，而雙相干點光源干涉實際上卻具有全空間性。

一、光的干涉教學啟示

光的干涉作為中學教學的重要內容，學生深刻理解光的干涉是學好光學知識的基礎，又因雙相干點光源空間干涉的曲面方程為旋轉雙葉雙曲面[1]，而中學學習的干涉一般為某一平面上的干涉，一般教師的實驗演示是取一線光源，放在講臺上，使學生坐在自己的座位上就能看見。發(fā)給每位學生雙縫和一塊濾光片。讓學生通過手持的雙縫直接觀察光源，只要使縫平行于線光源，就會看到清晰的彩色干涉條紋，如果在雙縫前放置濾光片，就會看到相應的單色光的干涉圖樣，但是教師如果不講授清楚容易對學生造成誤解，認為干涉只能發(fā)生在特定的平面，而且一定是直條紋的干涉圖樣。所以中學教師在授課時有必要向學生說明全空間的干涉性，課本上講解的只是在x或y平面上觀察到的。教師可以做一個全空間干涉的教具，向學生演示各個平面不同的干涉條紋，有直條紋，橢圓條紋，圓條紋，雙曲條紋，這樣將有助于學生的學習與理解。

二、實驗在物理教學中的意義

（一）物理實驗在教學中的地位

物理實驗及其教學是物理教學的重要組成部分，它既是物理教學的重要基礎，又是物理教學的重要內容、方法和手段。

1.實驗是物理教學的重要基礎。實驗在物理教學中的作用主要是為學生創(chuàng)造一個良好的物理環(huán)境，使學生能在實驗操作中自主地獲得學習物理的知識與能力；同時，通過學生的觀察操作，使學生掌握實驗的基本方法，獲得良好的動手能力和實踐能力。因此，實驗必須成為中學物理教學的基礎。

2.實驗是物理教學的重要內容。（1）物理實驗本身就是物理學中的重要內容。物理學的三種因素：實驗、物理思想和數(shù)學?？梢姡瑢嶒瀮热菥推浔旧韥碚f就是學生必須學，教師必須教的重要內容。

（2）實驗教學是物理教學的重要組成部分。實驗是物理教學在概念、規(guī)律的學習中必不可少的基礎。沒有實驗，物理教學就不能把一堆枯燥難懂的材料變成生動的、豐富的物理知識，不利于激發(fā)學生的學習興趣和調動學生的積極性。

（3）實驗是培養(yǎng)學生實踐能力的重要保證。教師的示范和學生自己的動手這一系列的操作，可以使學生從中學到實驗的基本知識、基本技能和基本方法，發(fā)展其能力，培養(yǎng)其良好的實驗素質。

3.實驗是物理教學的重要方法。實驗不僅是物理學研究的重要方法，也是教師教物理、學生學物理的重要方法。通過試驗可以使學生透徹系統(tǒng)地掌握科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)及原理，有力激發(fā)學生的求知欲和探索欲。讓學生更好地掌握知識，形成物理學習能力，從而也使教學過程變得簡單，直觀，達到事半功倍的效果。

（二）物理實驗在物理教學中的作用

物理實驗在物理教學中又具有十分重要的作用，具體表現(xiàn)為：

1.培養(yǎng)學生的興趣和激發(fā)學生的求知欲，創(chuàng)設良好的學習氛圍。中學生具有好奇、好動的天性。物理教學中各種新奇的實驗現(xiàn)象必然會激發(fā)他們強烈的興趣。讓學生多動手做實驗，不僅可以滿足學生實際動手操作的內心愿望，而且可以讓學生不斷體會和嘗到“發(fā)現(xiàn)”和“克服困難、解決問題、獲得成功”后的喜悅，增強學習的動力和信心。

同時許多物理概念和規(guī)律都是從大量的具體生活事例中概括出來的。教學中感性知識的形成是物理知識和概念學習的基礎。而感性生活既可以來自于學生的生活又可以來自于學生的課堂實驗。而與生活事例相比，實驗具有典型性、重復性、趣味性、定性和定量研究的全面性的特性，更利于學生從中總結特點。歸納知識，形成全面的知識體系。

2.訓練學生的科學方法。實驗是對學生進行創(chuàng)造意識訓練和科學方法訓練的有效途徑。在實驗教學中經(jīng)常要用到實驗歸納法、實驗驗證法、真實實驗與理想實驗相結合的方法、追溯機遇的方法。如伽利略的理想斜面實驗以及在測定有限次平均速度的基礎上，推論到位移趨于零時平均速度的極限，從而建立即時速度的概念和倫琴在偶然機會中發(fā)現(xiàn)X射線。這些方法不僅可以讓學生更快地學會知識，更可以發(fā)展學生的想象力和邏輯推理能力。

3.培養(yǎng)學生良好的科學素質。通過物理實驗教學我們可以培養(yǎng)學生在態(tài)度上實事求是，在工作上嚴謹認真，在意志上堅韌不拔等優(yōu)良的科學實驗與探究品質，使學生形成良好的科學素養(yǎng)，為學生未來的發(fā)展奠定良好的內在基礎[2]。

三、楊氏雙縫干涉教學

教師向學生說明光具有全空間的干涉性后，就要向學生介紹楊氏雙縫干涉了。這一課是人教版普通高中物理選修3-4第十三章的重點章節(jié)，本節(jié)課是一堂典型的探究式課堂教學，教學中應體現(xiàn)新課程學習的理念。教學中一般要設置多個探究點，學生在自主學習，合作學習，探究學習的過程中不僅掌握了知識，更重要的是學會了研究問題的方法。在學習的過程中興趣盎然，積極主動地參與到教學中，從而培養(yǎng)了學習物理的興趣。在實際教學中教師可以通過六個方面的探究式教學，可以較好地完成了教學目標。

（一）學情分析重實際

第一，學生的興趣。學生具有強烈的好奇心和求知欲，對觀察演示實驗及動手操作具有極大的興趣。

第二，學生的知識基礎。學生已經(jīng)學習過光學的一些基本知識以及機械波的干涉的相關知識。學生在生活中缺乏對光的干涉現(xiàn)象的直觀經(jīng)驗，但是具有對水波、聲波等機械波干涉的經(jīng)驗與理論。學生對于“光程差”不易理解，但對“光的傳播路程”和相位差有一定的理解。

第三，學生在以往的學習中已有一定的自主構建新知識框架的能力，可以從已感知的機械波干涉現(xiàn)象與規(guī)律延伸至待認定的光是波的推想。且學生已有一定的物理學科方法，如觀察與分析實驗，假說方法，從現(xiàn)象中歸納規(guī)律等。引導學生從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，找出其解決方法，以理解光的干涉的條件是比較適合進行探究式教學的探索的。

（二）引課有創(chuàng)意

首先用具有感染力的語言邀請學生表演他們兒時玩過的游戲：吹泡泡，通過吹泡泡引領學生觀察泡泡上光的變化。這樣引入新課，能使學生產(chǎn)生一種親切感，愿意積極參與，并且興趣盎然；接下來用圖片展示：幾種常見的光的干涉現(xiàn)象，讓學生覺得光的干涉現(xiàn)象離我們生活很近，生活中處處有光的干涉，有關于物理的各種有趣現(xiàn)象，培養(yǎng)學生深入了解生活的習慣，調動學生主動探究學習物理的熱情和積極性。

（三）教學設計有新意

“授人以魚，供一飯之需；授人以漁，則終身受用?！苯谭ǖ膶嵸|是學法，教學過程實質上是學生的學習過程，教學設計實質是學生學習方法的設計。教學過程中學生的認知體驗、情感體驗以及道德體驗決定著教學的最終結果。教無定法，學無定式，因此在備課時要對教材進行重新整合。教材的安排是這樣的：先演示楊氏雙縫干涉實驗，之后再講決定條紋間距的條件。但是介于普通光源的楊氏雙縫干涉實驗只能在暗室內做，且只能排隊一個個地觀察，無法在課堂現(xiàn)場演示；因此要把教材中的教師演示實驗變成了學生分組探究實驗，這樣既可以使學生親身體驗到光的干涉現(xiàn)象，又可以節(jié)省課堂教學時間，同時使課堂教學效果大大增強，達到事半功倍的目的。而且學生的探究實驗簡單易行，不受教室光線強弱限制，能使每位學生在自己座位上切實看到光的干涉圖樣。盡管這些均勻排布的干涉條紋的強度受到單縫衍射圖樣的調制，但其衍射中央條紋中的干涉圖樣對本節(jié)教學的演示就足以說明問題了。因此，本環(huán)節(jié)的教學設計完全體現(xiàn)了教學方式和方法的創(chuàng)新點。

（四）探究有層次

考慮到探究的難度和學生的實際決定讓學生在教師的引導下進行師生共同探究。首先教師要通過讓學生觀察水波和聲波的干涉視頻，要求學生類比兩種干涉現(xiàn)象對單色光的干涉展開合理猜想，調動學生驗證猜想的積極性。設計實驗這一環(huán)節(jié)中學生自主設計的困難很大，所以引導的比較多，當遇到困難時，不要直接告訴學生結論，而是通過啟發(fā)學生觀察水波的干涉裝置繼續(xù)引導學生想辦法克服困難。探究過程中應留給學生充分的觀察、思考、設計、進行實驗的空間，使學生在學習過程中充滿質疑和探究意識，培養(yǎng)學生自主學習和探究的能力。體會“楊氏雙縫干涉實驗”所蘊含的巧妙的方法，并通過小組討論和合作完成實驗和探究過程。

（五）課件有實效

光的干涉一課中的理論分析的部分特別適合用課件來展示。所以教師應充分利用了物理課件，實現(xiàn)了信息技術與教學內容恰當有效的整合，而且有效地突出了重點，巧妙地突破了難點。

首先，課件具有互動性強、仿真度高的特性，可以模擬一些不易實際操作或無法操作的實驗。實際教學中，面對各種條件的限制，教師在進行一些實驗教學時往往只能“紙上談兵”，這就失去了實驗教學的預期目的和意義。而教學中的課件正好就彌補了教學中的不足，教師可以從網(wǎng)上下載或制作互動性強、仿真度高的課件。上課時，讓學生在電腦上分組或單獨通過對課件的操作，這樣就達到了和實際操作的實驗一樣的教學和學習效果。

其次，課件可以展示不易操作和不易觀察的演示實驗。本教學中，雖然對學生進行了分組教學，但光的干涉現(xiàn)象難以長時間保存，學生也難以同時看到一樣的實驗結果。而我們通過網(wǎng)絡資源，下載實驗的操作實錄，做成內容充實、互動性強的演示實驗課件在課堂上展示給學生同樣也可以順利完成教學任務。

最后，利用課件重現(xiàn)和重作實驗，為實驗的綜合學習奠定基礎?；有詮?，仿真性高的模擬分組實驗課件和演示實驗資源庫課件，使學生能既快速又方便地熟悉和掌握演示實驗的現(xiàn)象和分組實驗的過程和方法，對進一步深層次、高難度的實驗學習和分析提供了扎實的基礎。為老師的實驗教學和學生自主的實驗學習，提供了極大的方便。

參考文獻：

[1]于建強，袁景和.雙相干點光源干涉的一般分析[J].大學物理，2006（9）.

[2]趙凱華，鐘錫華.光學[M].北京：北京大學出版社，1982：169-176.