姜馨

【摘要】新課程改革背景下，學生自主學習能力和科學探究能力在中學物理教學中被愈發(fā)重視.在中學物理教學中，為培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)，結(jié)合陶行知教育理念，本文以“光的干涉”為例，通過創(chuàng)設問題、小組實驗、師生問答、自主探究等環(huán)節(jié)，闡述如何以“讓學生成為學習的主人”為目標開展中學物理教學.

【關鍵詞】物理核心素養(yǎng)；自主學習；光的干涉

以新課程改革為背景，在中學物理教學研究中，科學創(chuàng)新能力與自主學習能力被愈發(fā)重視起來.“高中物理教學要培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)”這一觀點于2017版《普通高中物理課程標準（2020修訂）》中提出[1]，自此，“科學探究”成為物理學科核心素養(yǎng)的主要層面之一.

陶行知教育思想理論體系的主要內(nèi)容之一是“教學做合一”，以此為理論基礎，同時結(jié)合新課程改革的基本理念，充分利用學生已有的生活和學習經(jīng)驗，使其成為新知識學習探究的起點，本文以“光的干涉”為例談談如何以讓學生成為學習的主人為目標開展中學物理教學[2].本案例具體思路為：以生活經(jīng)驗導入為基礎，提出問題，引導學生實際實驗，觀察光的干涉現(xiàn)象[3-4]；然后對其現(xiàn)象進行猜想和假設，并通過已學過的波動理論為基礎予以驗證.

1?“光的干涉”教學案例

1.1?案例題旨

“光”是什么？這似乎是個很簡單的問題.然而它卻開啟了人類的智慧和視野.毫不夸張地說，正是楊氏雙縫干涉實驗，見證了光的波動性的漣漪，讓人們得以初窺世界的奇妙.對光的研究至今依然讓無數(shù)科學家為之著迷.

1.2?案例研究的主要問題

（1）教學條件下的現(xiàn)象教學應該讓學生得到什么？如何得到？

（2）學生探究過程中教師起何作用？對于學生自主學習具有何種意義？

（3）如何讓學生有效地建立物理思維過程？

1.3?教學過程

1.3.1?創(chuàng)設問題，引入新課

教師引入新課“光的干涉”并引導學生深入思考.

問題1?當我們都還是一些“十萬個為什么”少年，不知道有沒有別出心裁的熊孩子問過這樣的問題：“陽光下的泡泡為什么是彩色的”.

問題2?光究竟是什么？

牛頓是光微粒說的堅定支持者，而惠更斯則認為光在空間中以波的形式傳播.在1801年，英國物理學家托馬斯楊借助光的雙縫干涉實驗，成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象，為光具有波動性提供了有力證據(jù).

1.3.2?有序探究，發(fā)展素養(yǎng)

（1）小組實驗一，觀察現(xiàn)象

學生熟悉實驗器材，明確實驗原理：教師為每組準備兩支不同顏色的激光筆，以及兩個不同間距的雙縫.引導學生說出不同色光激光筆的根本區(qū)別.

師?就是這些最簡單的設備，恰恰體現(xiàn)出了最美麗優(yōu)雅的科學之魂.下面就請大家進行小組實驗，注意實驗要點，如確保激光筆正對雙縫等.

學生活動?教師分別請各組同學描述觀察到的實驗現(xiàn)象.教學中，筆者對學生的每一個觀點和認識都予以充分的重視.

生?光到達墻上的范圍比不加雙縫前大了.

師?為什么光到達的范圍比直線傳播的大？

生?因為通過每個縫都會發(fā)生衍射.

師?加了雙縫之后你觀察到什么圖樣？

生?屏上出現(xiàn)了明暗相間的條紋，且條紋間距相等.

（2）比較推理、分析現(xiàn)象

結(jié)合實驗現(xiàn)象引導學生類比機械波的干涉，用波動理論解釋明暗條紋分布的情況.教師提出以下問題讓學生思考：

師?如圖1所示，雙縫中垂線與屏幕相交位置P點，這個點在幾何關系上有什么特點？呈現(xiàn)明條紋還是暗條紋？

生?S1、S2到P0點距離相同，所以這兩列波的波峰或波谷同時到達P0.在這一點兩列波相互加強，因此出現(xiàn)明條紋.

師?肯定學生回答，同時指出中間的亮條紋稱中央亮條紋，中間兩側(cè)對稱出現(xiàn)的亮條紋稱為“第一亮條紋”“第二亮條紋”……；兩側(cè)對稱出現(xiàn)的暗條紋稱為“第一暗條紋”“第二暗條紋”，以此類推.

師?試分析第一亮條紋的成因.

生?S1、S2到P1點距離不同，兩列波到P1的距離相差一個波長.兩列波在P1點仍然相互加強，因此出現(xiàn)亮條紋.

師?根據(jù)以上分析，你是否可以說出暗條紋的成因？

生?S1、S2到Q1點距離不同，兩列波到達Q1的距離相差半個波長，在這一點兩列波的波峰與波谷疊加，在Q1點相互減弱，因此出現(xiàn)暗條紋.

師?請同學們討論最終歸納出產(chǎn)生明條紋和暗條紋的一般條件？

學生思考討論后得出結(jié)論，產(chǎn)生明暗條紋條件如公式（1）（2）所示.

（3）拓展延伸，定量關系

師?下面我們自然要考慮這樣一個問題，相鄰兩條亮條紋或暗條紋之間的距離是不是一成不變的？是哪些因素對條紋之間的距離造成影響，又會造成什么樣的影響？這幾個問題希望大家能大膽推測.

實驗證明?學生運用探究多因素問題時的控制變量思想，結(jié)合手中的儀器再次進行實驗并展開小組討論，以小組為單位發(fā)表實驗結(jié)果 ① 縫到屏間的距離越大間距越大；② 雙縫間距d越大，間距越小；③ 與光源的波長越大，間距越大.

理論證明?引導并協(xié)助學生結(jié)合數(shù)學方法證明自己的定性猜想.夯實對結(jié)論的理解.

1.3.3?學習應用，自主探究

（1）師生問答

師?請同學們觀察圖2中彩色條紋并大膽猜測彩色條紋是怎么產(chǎn)生的呢？

生?白光發(fā)生了干涉.

師?為什么在日常生活中我們很難看到光的干涉現(xiàn)象呢？

在學生探討后，教師概括：看上去相同的光源，但它并不滿足干涉的條件.要發(fā)生光的干涉現(xiàn)象必須有兩個振動情況完全相同的光源，包括頻率相同、振動方向相同、相位差恒定，而普通光源發(fā)出的光各列波很難滿足條件，因此雙縫干涉中雙縫的作用就顯而易見了，就是為了獲得振動情況完全相同的光源——相干光源.

師?回歸本案最初引入的生活情境，現(xiàn)在你知道彩色泡泡的秘密了嗎？

生?是發(fā)生了光的干涉.

師?是的，這也叫做薄膜干涉現(xiàn)象.

（2）小組實驗二，學生活動

實驗要求：同學們利用肥皂水、平面鏡、蠟燭，自己動手制作肥皂膜.對比燭焰在肥皂膜上的像與平面鏡中的燭焰有什么不一樣？

生?肥皂膜上看到的像與平面鏡中的像相比出現(xiàn)了明暗相間的條紋.

師?像有明暗相間的條紋，與什么現(xiàn)象類似呢？

生?雙縫干涉.

接下來，教師引導同學比較一下雙縫干涉圖樣與薄膜干涉圖樣的異同.相同點：都是明暗相間的條紋；不同：雙縫干涉是豎條紋，薄膜是橫條紋，雙縫干涉在光屏上可以觀察，薄膜要用眼睛觀察.教師對以上幾位同學的觀察及時給予肯定，并深入提問為什么有這樣的差異呢？為了弄清這一點，我們要明白薄膜干涉的成因（圖3）.

師?薄膜干涉中相干光的來源是什么？光的路程差是由什么產(chǎn)生的？

學生小組討論后得出結(jié)論：相干光來源為薄膜前后表面反射的光；由于重力作用，肥皂膜上薄下厚，薄膜厚度決定了光的路程差，前后兩個面的反射光疊加，當光的路程差是半波長的偶數(shù)倍時出現(xiàn)亮條紋，當光的路程差是半波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)暗條紋.

（3）應用實例介紹

再給大家介紹一個干涉現(xiàn)象在技術上的應用實例——用干涉法檢查平面的平整程度.取一個透明的標準樣板，放在待檢查的部件表面并在一端墊一薄片，使樣板的平面與被檢查的平面間形成一個楔形空氣膜，用單色光從上面向下照射，入射光從空氣層的上下表面反射出兩列光形成相干光，從反射光中就會看到干涉條紋.

大家認為，圖4中哪幅圖代表被檢平面是平整的呢？答案是甲圖.原因是厚度相等的地方，干涉情況一樣，即如果某一處反射回來的兩列波疊加，光振動加強，產(chǎn)生亮點，那些與這處厚度相等的地方都是亮點，他們連起來組成亮條紋，若其他厚度處兩列波疊加減弱，產(chǎn)生暗條紋，因此厚度變化情況決定了條紋的形狀.如果被測表面是平整的，單色光干涉條紋為平行、等間距、明暗相間的條紋.那么，光的干涉還可以有哪些應用呢，就請同學們課后注意觀察并加以探究解析.

小結(jié)?雖然我們有了一些成果，但我們對光的認識還遠遠不夠，因為光，地球有了白天；因為光，世界變得斑斕；也因為光，萬物有了生長的能源.希望大家仍保持一顆探求之心，奮力掀開光學的神秘面紗.

3?教學啟示與反思

學生的主體作用要貫穿始終，學生不再是名義上的主體.教師通過設置教學活動的環(huán)境，讓學生自主設計實驗方案，并想辦法解決問題給出證明.教學活動中，教師的作用始終是節(jié)奏的調(diào)控者，始終做到既不將知識和盤托出，也沒有簡單地設置學習目標，而是努力將教學內(nèi)容問題化，以問題導向引導和驅(qū)動學生進行思考和探究，從而實現(xiàn)既定的知識與技能、過程與方法以及情感態(tài)度與價值觀等方面的教學目標[5].承認和尊重學生思維的主體性.在難點、重點處適當放慢節(jié)奏，給學生充分的時間進行思考和討論.

本案例“光的干涉”教學設計試圖突破傳統(tǒng)做法，基于學生已有經(jīng)驗基礎和知識儲備開展探究性學習，實現(xiàn)新課程三維價值體系.通過情境和問題的緊密聯(lián)系引領學生思考，為后續(xù)探究活動的開展做鋪墊.在總結(jié)與描述的過程中，學生參與意識積極其強烈，思維活躍而敏捷，縝密而嚴謹?shù)乃伎己捅硎隽钊速潎@.這一切昭示著這樣的事實：學生能夠思考，樂于思考，善于思考.在今后的中學物理教學中，教師應該更多的給予機會、提供支持，激勵和疏導.這樣的教學過程便于實現(xiàn)主體情知互補，思維與創(chuàng)新同步協(xié)調(diào)發(fā)展，為以學生為主體的全面發(fā)展奠定基礎.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[2]王建峰.物理概念教學中如何開展“深度學習”—“光的干涉”深度學習設計[J].物理教學，2018，40（05）24-26.

[3]汪鴻飛.高中物理融入“問題串”的探究指導書的設計——以《光的干涉》為例[J].西藏教育，2021，（08）：44-48.

[4]鐵小勻.培養(yǎng)學生物理實驗設計思維教學實踐與思考[J].教育教學論壇，2020，（09）：309-311.

[5]何建華.一個探究式教學的案例———光的衍射[J].物理通報，2015，40（05）：68-69.