趙玉環(huán)++蔡小琳

摘 要：牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)是利用分振幅法獲得可相干光束的典型實(shí)驗(yàn)，是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過對牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究和思索，采用提出問題、探究問題和拓展實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，融入探究式教學(xué)的理念和思想。有助于學(xué)生理解和領(lǐng)悟滲透在物理學(xué)內(nèi)容中的物理思維、物理學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣，提升學(xué)生解決具體問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的自信，提高物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：牛頓環(huán) 問題 能力

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）10（a）-0127-02

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)比較經(jīng)典的利用分振幅法獲得相干光束的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的做法是用鈉光燈做單色光源，通過讀數(shù)顯微鏡觀察牛頓環(huán)，并測出相應(yīng)級次的牛頓環(huán)直徑，利用已知光波波長采用逐差法來計(jì)算牛頓環(huán)平凸透鏡的曲率半徑。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單、操作難度低、現(xiàn)象單一，學(xué)生能按照步驟很快地完成實(shí)驗(yàn)，但教學(xué)效果并不理想，對培養(yǎng)學(xué)生的解決分析問題能力和創(chuàng)新能力、實(shí)驗(yàn)操作技能作用并不明顯。通過對牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不斷研究和思索，筆者在教學(xué)過程中采用提出問題、探究問題和拓展實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，融入探究式教學(xué)的理念和思想。實(shí)踐表明，這種教學(xué)方式極大地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，發(fā)揮了學(xué)生的主導(dǎo)作用，最大限度地激發(fā)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的思維能和動(dòng)手能力，進(jìn)而更有效地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技巧和操作能力。

1 提出問題

相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，筆者教學(xué)過程中在實(shí)驗(yàn)開始前先給學(xué)生提出一些問題，而這些問題盡可能提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程中應(yīng)注意到的相關(guān)細(xì)節(jié)，促使學(xué)生養(yǎng)成仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的良好習(xí)慣，促使學(xué)生加深對實(shí)驗(yàn)有關(guān)物理理論的理解，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起。提出的這些問題筆者可以舉例說明，如牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為何取暗環(huán)來測量，而不取明環(huán)來測量？鑒于同學(xué)上學(xué)期已經(jīng)做過一些物理實(shí)驗(yàn)了，對這個(gè)問題有些同學(xué)稍加思索，就說出了理由：因?yàn)榘淡h(huán)人眼容易對準(zhǔn)，而明環(huán)不易對準(zhǔn)。再如，實(shí)驗(yàn)中讀數(shù)顯微鏡下方45°反射鏡與光源不等高，會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來什么影響？因?yàn)檫@個(gè)問題的提出，實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，同學(xué)們對45°反射鏡調(diào)節(jié)中與光源不等高時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仍頗為深刻，大家加以思索總結(jié)發(fā)現(xiàn)：如果45°鏡片與光源不等高，光線就不能按正常45°入射，單色光也就不能嚴(yán)格垂直入射到牛頓環(huán)上，這時(shí)讀數(shù)顯微鏡的視場變暗，亮紋和暗紋邊緣模糊不清，讀數(shù)條紋比較困難，增大了實(shí)驗(yàn)誤差。再者，如果調(diào)節(jié)牛頓環(huán)儀中下方3個(gè)螺栓會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象，對實(shí)驗(yàn)的測量是否有影響？帶著疑問，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中對3個(gè)螺栓的用力程度、調(diào)節(jié)松緊比較用心，觀察非常仔細(xì)。結(jié)果學(xué)生發(fā)現(xiàn)：若3個(gè)螺栓調(diào)節(jié)過緊，則施加的壓力太大，中心暗斑半徑變大，條紋也出現(xiàn)稍微的變形；3個(gè)螺栓調(diào)節(jié)得過松，小的擾動(dòng)和干擾就會(huì)造成條紋晃動(dòng)，不利于觀察，并影響了條紋數(shù)數(shù)的準(zhǔn)確度，從而增加實(shí)驗(yàn)的偶然誤差。再如，操作中如果發(fā)現(xiàn)牛頓環(huán)中心出現(xiàn)的是亮斑，而不是暗斑，那又是什么情況造成中心出現(xiàn)了亮斑呢？實(shí)驗(yàn)過程中同學(xué)們興致盎然，對發(fā)現(xiàn)亮斑的情形，都爭相觀察，之后靜思其原因。在教師的適度引導(dǎo)下，學(xué)生從光程差考慮發(fā)現(xiàn)了原因，中心出現(xiàn)亮斑可能是平凸透鏡曲面和平板玻璃之間并沒有緊密接觸，或者接觸處可能會(huì)有塵埃，從而產(chǎn)生了附加光程差。

通過上述問題的提出和引導(dǎo)，不僅有助于學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)操作，而且激發(fā)了學(xué)生的好奇心和實(shí)驗(yàn)興趣。使學(xué)生切身感受到，物理實(shí)驗(yàn)課并不僅僅是數(shù)據(jù)測量，實(shí)驗(yàn)過程中不僅要測量，還要觀察、分析和思考。這樣學(xué)生才能真正了解物理學(xué)原理，并利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的觀察能力和分析能力，提高了牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

2 探究問題

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師是課堂教學(xué)的組織者，是學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者。學(xué)生思維的發(fā)展水平高低，很大一部分要靠教師的指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)測量結(jié)束后，教師可以積極引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生逐步對牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的基本問題進(jìn)一步深入和拓展，提出一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和物理理論相結(jié)合的問題，引導(dǎo)學(xué)生層層深入、趁熱打鐵，繼續(xù)對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中筆者就引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)進(jìn)一步思考和探究更深層的問題，例如，從已知的等厚干涉物理學(xué)原理出發(fā)，結(jié)合牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)，理論上分析出牛頓環(huán)干涉條紋的典型特點(diǎn)。再者，為什么使用鈉黃光垂直照射牛頓環(huán)時(shí)，只有經(jīng)過空氣薄膜上下表面反射的這兩束光是相干光，能產(chǎn)生干涉條紋？如果光源變了，在平凸透鏡上平面和下曲面的反射光線或平板玻璃上下表面的反射光線能否產(chǎn)生干涉條紋？若能產(chǎn)生干涉條紋，是否比鈉黃光更方便測量平凸透鏡曲率半徑呢？再有，如果把平凸透鏡翻過來，還會(huì)觀察到等厚干涉現(xiàn)象嗎？ 類似問題很多，可以引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，逐步去發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、解決問題。鼓勵(lì)學(xué)生將解決的實(shí)驗(yàn)問題以科技小論文的形式撰寫，選擇優(yōu)秀的論文將其發(fā)表在相應(yīng)的校報(bào)或?qū)W術(shù)刊物上。

3 拓展實(shí)驗(yàn)

隨著對牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)的探究，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容越來越豐富，針對這一現(xiàn)象，院校專門設(shè)置了開放實(shí)驗(yàn)中心和仿真物理實(shí)驗(yàn)室。我們積極鼓勵(lì)學(xué)生按照自己的思想，提出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，并到開放實(shí)驗(yàn)室完成自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，開拓了學(xué)生的視野和思路，激發(fā)了學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生分析、設(shè)計(jì)和操作的綜合能力，收到良好的教學(xué)效果。例如，有的學(xué)生馬上想到激光的相干性很好，于是嘗試用激光代替鈉光燈作為光源，觀察牛頓環(huán)的變化。有的學(xué)生則將平板玻璃和平凸透鏡之間充滿了二氧化硫，觀測條紋變化。有些仔細(xì)觀察生活而又充滿好奇的同學(xué)則直接將眼睛放在載物臺(tái)上，從而觀察條紋變化。并且，還可以利用仿真軟件擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫和實(shí)時(shí)仿真的特點(diǎn)，對儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作過程進(jìn)行形象化的展示，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)思想，以提問形式帶動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生既要操作又要思考，促使學(xué)生留心和用心觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并加深對物理知識(shí)的理解，進(jìn)而激發(fā)了學(xué)生的好奇心和實(shí)驗(yàn)興趣。通過探究問題的方式可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。通過對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展，重新構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)情景，培養(yǎng)了學(xué)生改進(jìn)原有實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新能力，開拓了學(xué)生的視野和思路。

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