大学物理实验中光学实验的特点及其教学策略

高若平

摘 要:大学物理实验涵盖力热光电等专业学科领域的基础实验内容。光学实验同其它实验相比有自己的特点,教学上应该采取不同的教学策略,以便于学生更好地掌握光学实验。本文结合作者多年教学经验,在学生课前预习、课堂实验和课后总结3个方面作出有针对性的辅导,帮助学生顺利完成光学实验。

关键词:大学物理实验光学实验教学策略

中图分类号:G6 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(b)-0172-01

1 引言

2001年以来,全国许多高校陆续对大学物理实验教学内容、教学方法、教学模式作了改革,打破了传统的按力、热、电、光进行划分的物理实验教学体系,建立了基础性实验、综合性实验和研究设计性实验3个层次的新物理实验教学体系。基础性实验内容侧重在基本实验知识、基本测量方法、常用仪器设备的使用和基本实验技能等方面的训练。综合性实验内容主要是一些力、热、电、光相互渗透的综合性提高实验项目。研究设计性实验一般只给学生题目,设计要求,提供实验所需仪器,要求学生自己设计实验,在这个过程中培养学生的创新能力[1]。

我校在实施三层次实验教学体系十几年的过程中,也暴露出来一些问题,主要是掩盖了不同专业学科实验各自的特点,实验教学雷同化:对学生课前预习要求雷同化;课堂上实验教师辅导雷同化——都是课堂开始教师用多媒体投影泛泛讲一遍实验原理、目的、内容、步骤和注意事项等,然后学生开始实验,采完原始数据,老师签字,实验结束;对学生课后实验报告要求雷同化。教师没有根据不同实验项目的具体特点实施教学,学生没有学到具体问题具体分析处理的方法。

2 新的实验分类方法

针对三层次实验教学体系实施过程中暴露出来的问题,结合本人几十年的教学经验,再增加一条分类方法就可以很好的解决其缺点。这条新的分类方法就是对综合性实验项目,从实验操作和数据处理的复杂性对比上再做细分:有一些实验,操作过程相对复杂,前后操作顺序有严格要求,不能颠倒,每一步操作要求精细,准确到位,操作不到位或者操作过位都不能发生实验现象。光学实验项目就有这些特点。另一些实验,数据处理过程相对复杂,要经过好多公式的换算,还要做图表等。每一个实验项目都有不同的特点,正是这些特点才是学生学习和老师教学的意义所在。

细分以后就可以针对不同的实验项目实施不同的教学策略,从而使学生学到不同问题要有不同处理方法的思想,增强学生日后解决具体问题的灵活性和创新性。

3 光学实验的内容和特点

光学实验项目是大学物理实验的重要组成部分。应该学习和掌握的内容大体包括:光学基本物理量的测量方法。主要有透镜的焦距,光学系统的基点基面,光学仪器的放大率和分辨率,透明介质的折射率及光波波长等。在学习实验方法时,要注意它的设计思想、特点及其适用条件。常用光学仪器的使用。主要有光具座、测微目镜、望远镜、分光计、干涉仪和摄谱仪等。了解仪器的构造原理和正常使用状态,调节到正常使用状态的方法步骤,操作要求,注意事项,具有较好的操作技能。学习分析光学实验中的基本光路。主要有自准直光路、助视放大光路、恒偏向光路、分束光路、激光束准直光路等。了解光路组成元件对实验的影响,学会分析每一个基本光路在整个实验中的作用以及基本光路之间的衔接配合要求,练习运用基本光路设计简单实验,从而锻炼实践能力。

光学实验主要有以下特点:第一实验和理论密切结合。光学实验中,如果不掌握光的基本理论,不熟悉光源发光的宏观特性,不熟悉光波的相干性和偏振态,有些光学实验很难做好(如光的干涉实验),有些光学实验甚至不能进行(如偏振)。只有在理论知识指导下做光学实验,理论知识才能得到更好的理解和加深,实验兴趣也会大大增加,实验技能得到提高。第二仪器调节的要求很高。这是光学实验同其他实验相比最大的特点,光学实验中使用的仪器一般比较精密,例如分光计,迈克尔逊干涉仪。光学仪器的调节,不仅是一项基本的实验操作,而且有丰富的物理内涵,必须在详细了解仪器性能和特点的基础上,才能选择有效而且准确的调节方法,根据观察到的现象,检验和判断仪器是否处于正常工作状态,提出应该采取的解决办法。只有在理论指导下,通过反复耐心的实验操作训练才能切实掌握。第三光学实验的数据测量都是在正确调节后才能进行。因此实验者理论基础、操作技能和判断准确程度,都使测量数据具有不同的偏离和分散,影响测量结果。

4 光学实验的教学策略

第一、预习阶段要求学生透彻理解实验项目的理论知识。理论知识预习要重新翻阅教材和相关参考书全面复习物理概念和定理。还有一个重要的细节就是要预习所测物理量的理论数值和单位。从根本上讲大学物理实验都是验证性实验,所测物理量的数值是早已明确的。预习时应该查手册搞清楚这些物理量的数值和单位。例如预习《等厚干涉法长度计量》时不仅复习光的干涉概念,更要查资料知道头发的粗细大概在什么数值范围内,纳米、微米、毫米单位以及它们之间的换算关系。

第二、课堂实验阶段。开始要提问跟这个实验项目有关的理论知识,检查学生的预习情况。预习不好的学生,实验中一定会出问题,重点指导。实验操作不是一次全讲完,而是分段讲解,这主要就是由光学实验的特点决定的。讲解第一步操作,操作那些部位,那些部位不要动,看到什么现象算操作成功,然后让学生做这第一步,体会操作和现象之间的关系;大部分学生出来正确现象后,讲解第二步的操作和现象,学生做;然后第三步,依次进行。开始的几步要详细讲解,细致到每个调节螺丝大约拧几圈,现象的细节,同时用理论知识做出解释,经过几步这样的训练以后,学生通过自己的调节体验,自己看到的与老师讲解的现象比对,也逐渐掌握了这种方法,后面的步骤可以粗讲了,甚至不讲,预习好的学生都能顺利进行实验了,个别差的也有时间重点辅导了。

第三、课后总结阶段。由于光学实验的数据处理都不是太复杂,所以课后总结的重点还是放在对课堂调节找正确现象的过程上。让学生自己总结自己课堂上的调节过程,找出在理论和实验结合方面的不足之处,在下一次的光学实验中注意克服。这样对学生形成良性循环,经过几个光学实验后,逐渐掌握光学实验的特点,再与其他实验对比,从而提高实验技能。

5 结语

三层次实验教学体系的课改和实施十几年了,暴露了一些问题。新一轮课改又要开始,作为一名多年从事大学物理实验教学,主要还是在光学实验教学方面的老师,面对一轮一轮的教改,进行了我自己的思考,写了一点浅见与同行交流。

参考文献

[1] 张颖.关于大学物理实验课教学改革的探究[J].大学物理实验,2008(2).