关于提高光学探究实验有效性的实践与思考

郭秀芝，陈若辉，关文翠

(北华大学物理学院，吉林吉林132013)

经过几年来的努力，高等教育在教学内容、教学方法和教学手段等方面的改革成效显著，在各大学课堂，以各种形式广泛地开展了探究式教学的教学模式，被认为是培养学生创新能力的有效的教学模式。特别是以实验科学为基础的物理学科的教学中应用探究式教学模式既适合物理学科理论内容的思维方式，又与学科教育手段天然地吻合，因此，改革光学课程的教学为探究式教学模式，多次实践的过程中感觉到，提高探究实验的有效性是提高探究式教学效果的关键因素，这个问题仅有个别的专家学者注意到，如孙毅等“关于电工探究实验有效性的思考”［1］;周玉芝“以探究度设计为切入点，培养学生的探究能力”［2］;傅玲等研究了“探究过程的评估依据”［3］等;但没有引起更广泛的关注。在这里把教学实践中有关提高探究实验有效性的体会总结一下，以供参考。

一、提高探究实验有效性的理性思考

光学课程的特点是理论思维抽象，实验现象日常生活中又不常见，学生们缺乏感性认识，因此，探究式教学模式特别适合光学课程的教学。是本着“先探后学再实践”的探究式教学模式进行光学课程教学的，“探”要探到对光的现象和基本规律建立起感性认识的程度，在实践过程中体会到，提高探究实验的有效性:

(一)克服盲目性，提高探究性

最初设计的探究实验，从完成理论教学任务为出发点，给出一些探究问题，学生探究的过程相当于对理论课的结论做一个验证，这远没有发挥出探究实验的功能，因此进一步改进了教学。首先，教师给出探究的大方向，指导学生预习，鼓励学生们提出探究的问题。

教师又根据教学目标通过简单典型的演示实验有意引导学生们的思维方向，从而提出探究的问题［4］，并帮助学生们选择可以作为探究的问题，提出探究的具体问题是提高探究性的关键。探究实验的目的是想通过模仿科学家发现问题、建立理论的过程来学习知识，因此，作为探究的问题是应该局限于“发现型”的问题［5-6］，这些问题应该是学生们自己可以够得着的，是实际存在的，问题的答案有的是已知的，有的却没有解决的办法或答案;教师在备课时，准备了多种仪器、设备，作为学生们通过探究找到问题答案的工具，答案一定是能够找得到的，又是可以深入进行下去的，由此，学生们获得了新知识，师生共同完成教学任务。

(二)克服依赖性，倡导自主、合作性

受多年来“师本教育”的影响，学生们总会不自觉地问:这应该怎么做?教师要有意避开直接回答学生们的问题，鼓励学生自己探究，小组内合作探究。探究中所见到的新现象，有的学生只是在书本上见到过图画，在实践活动中未曾见到过，对这些现象所隐含的变化规律更无从知晓，因此要求小组内同学共同探究，对每一步实验现象所反映的规律，要求学生们各抒己见，集思广益，并与教师、教材提供的结论相比较，检查各自的结论是否正确，保证个体探究到的知识与科学知识之间建立起正确的联系。

(三)克服表面性，突出建构性

最初的探究实验只是得到一些实验现象就满足，进一步的探究实验要立足于探究到理论课程所涉及的基本规律的大部分甚至全部，这就给设计实验提出了更高的要求，准备实验装置要有针对性，每组实验设备对应于探究理论的某一个侧面，探究初期，将完成教学任务寓于探究中，教师要有针对性地安排探究设备，探究难度大的安排给动手能力强的小组，保证全体同学能够探究到理论知识的方方面面。然后提供充足的自由探究时间和空间，培养学生们的探究能力，能够通过探究实验建构出理论知识的概貌是最佳的探究［7］。

(四)克服毛糙性，加强交流性

同学们在探究时容易满足于:我看到现象了，我找到规律了。在探究过程中各个小组都会得到实验现象，有的小组探究到的东西会多一些，但各小组探究的侧面可能不同，这时充分的交流、总结探究的结果尤为重要。交流同学们探究到的实验现象、规律及对规律的解释，可以激发其他同学做更广泛的探究，可以激发其他同学对各种解释提出疑问，可以引发出新的问题，可以将实验证据、已有的科学知识和所提出的解释紧密结合起来，解决彼此观点中的矛盾。这个过程可以使探究升华，使每个同学获得多角度的感性认识，达到知识更新的目的。

二、提高光学探究实验有效性的措施

(一)从探究实验的设计上提高有效性

探究初期，学生们的兴趣点在于只想看到现象，这可以理解，因为他们未知所探究的内容的深奥和规律性，借助此，可以设计由趣味性出发的组合实验，完成某个侧面知识的探究。如在做光的干涉探究实验时，设计白光、纱网的多光束干涉及双棱镜干涉实验设备的组合用来完成分波面法干涉的现象及规律的探究［8］;肥皂膜与迈克尔逊干涉仪组合探究等厚干涉及规律;白光油膜与迈克尔逊干涉仪组合探究等倾干涉及规律等等。这样的设计，学生们感兴趣，同时也达到了理论教学所需要的对规律的感性认识。

(二)从探究实验进行过程中提高有效性

教师在教学中体会到“先放手，再指导，逐步引向深入”的原则，可以提高有效性。探究的第一阶段，鼓励学生们自己提出问题，教师指导选择仪器设备，进行探究;第二阶段，在恰当的时间由教师给出若干个问题作参考［9］，如白光纱网得到的干涉像与几何像有什么不同?双棱镜干涉条纹的间距与哪些因素有关?白光代替纳灯作光源时，干涉条纹有何特点?生成肥皂膜的细铁丝框以什么形状为最好?为什么牛顿环间距不等，中心稀疏边沿稠密?等。已经提出问题并在探究的同学将继续，未提出问题的同学参考教师提出的问题选择探究问题，进行探究;第三阶段，在探究进行了大部分时间之时，教师给出部分规律，进一步引导学生加深探究，如双光束干涉中，在其它条件不变时，干涉条纹的间距与缝距成反比;等倾干涉中当光程差增大时会有冒环的现象等，只需要做到抛砖引玉即可，制造跳一跳够得着的探究氛围，使学生们能够保持兴趣将探究进行下去，为最终建构出理论教学所需的知识做充分的准备。

(三)从把握探究的达成度来提高探究的有效性

在恰当的时间获得探究实验的结果是提高有效性的重要因素。因此教师把握探究的达成度十分必要。一方面要以实验设备等硬件做基础;教师在精心设计实验设备的同时，要切身地去体会一下，利用哪些设备要得到什么样的探究结果，有针对性地设计好教学活动;探究设备过于简单，学生们轻易地得到结论，不利于培养探究能力，也不能展现丰富的知识面;探究设备过于复杂，学生们面对它不知所措，会扼杀探究的兴趣;我们设计了这样的探究实验运行方式，探究从学生们独自可以掌控的实验设备为入手点，得到了初步的探究结果后，再逐步深入。另一方面，以教师的知识储备等软件作保障，教师要恰当地出现在学生探究实验过程中，指导到关键处，及时排解探究中出现的相关问题，保障学生的探究沿着解决“探究问题“的路径进行下去，直至完成探究任务。

(四)从探究结果的交流中提高有效性

交流可以集思广益，交流可以去除糟粕，取之精华。交流中有位同学介绍了他的工作，“提出的探究问题是:光栅缝数对衍射花样扩展程度的影响?探究前的设想可能是缝数越多，衍射花样扩展程度越大?探究结果显示设想错了，事实是缝数越密，扩展程度越大”交流中看到了探究的成效。探究初始学生们提的问题是:怎样能够看到单缝衍射图样?如何产生白光透射光牛顿环干涉条纹?探究深入下去时，同学们的问题是:如何判断迈克尔逊干涉仪两块反射镜严格垂直?扩散的激光和钠光产生的圆环条纹的差别?通过四分之一波晶片的光是什么样的光?通过交流，在教师指导下定性地建构出各个部分系统的知识，如:光的干涉现象探究之后，通过交流，分别建构出分波面法双光束干涉光强分布与两光源距离、光源到屏的距离及波长的大小等之间的关系;等倾干涉中得到干涉原理、两束光的光程差与干涉环间距及干涉环运动方向间的关系等;交流的结果，在学生们的头脑中对光学理论的各个部分建立起一个较完整的感性认识，达到了探究实验的目的。

三、结 语

在光学课程的教学中应用探究式教学模式，探究实验是前提，探究实验的有效性是关键，提高探究实验的有效性可以在实验内容及设备的设计上、在探究实验过程进行中及实验结果的交流上做细致的工作。在这样的教学过程中，师生要共同努力，才能构建一个具有探究性，自主、合作性，建构性及交流性的有效课堂。

［1］孙毅，石玉梅.关于提高电工探究实验有效性的思考［J］.教学研究，2009(7)::90-91.

［2］周玉芝，周业虹.以探究度设计为切入点，培养学生的探究能力［J］.教育探索，2009(6):24.

［3］傅玲，何新凤.探究式教学在力学课程中的实践［J］.教育与职业，2012(3):148-150.

［4］王小曼，王较过.物理教学中提出问题能力的培养［J］.陕西师范大学学报，2006(6):204.

［5］徐学福.探究问题的内涵及其形成［J］.教育科学研究，2004(11):36-39.

［6］徐学福.美国《国家科学教育标准》中的探究［J］.外国教育研究，2003(3):50-55.

［7］马勇军，骆红山.对探究教学几个问题的反思［J］.教育探索，2007(1):39-40.

［8］路峻岭.物理学演示实验教程［M］.北京:清华大学出版社，2005.

［9］何光宏，韩忠.大学物理实验探究式教学的思考［J］.实验室研究与探索，2011(7):292.