迈克尔逊干涉仪的调节与使用教学设计探析

摘 要：迈克尔逊干涉仪的调节与使用是大学物理实验光学部分必做实验项目之一，其实验原理复杂，操作烦琐，学员理解和掌握其内涵存在一定难度，而且实际教学效果与教学目标有差距。为了达到大纲要求的教学目标，进一步提高我校学员对该实验的掌握程度，笔者通过不断摸索和改进，进行了实验的教学设计，仅供同行参考。

关键词：迈克尔逊干涉仪；教学效果；教学目标；教学设计

迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生双光束以实现干涉的精密光学仪器，在光学和近代物理的计量技术中有着广泛的应用。利用迈克尔逊干涉仪测光波波长是大学物理实验光学基础实验之一。笔者与同行交流发现，相对于大学物理实验中力、热、磁等实验项目来说，光学实验在讲授和学生实际动手操作过程中出现的问题最多，实验原理不容易理解和掌握，教学效果与教学目标存在差距。同时，按照我校旧的教学大纲，大学物理实验需要在第二学期秋季完成，而大学物理理论课有关光学知识的讲授也安排在第二学期秋季，且讲到光学部分时大学物理实验即将结课。这样就产生了一个非常突出的矛盾，绝大部分学员在实验时根本没有理论基础，部分基础好的学员虽然课前做了大量预习工作，但讲课过程中学员配合度不够，互动性不强，迫使教员需要花费大量时间补充理论知识，学员还不一定都能听懂。按照旧大纲要求，这一实验仅2学时，每次学员都是匆匆忙忙动手操作，数据普遍存在误差，操作过程中出现的问题无法得到及时解决，取得的教学效果并不理想。笔者通过不断的摸索和改进，找到了一个比较适合我校学员的教学设计。

一、课前预习

课前预习对每个实验者来说都非常重要。为了督促学员认真预习，课前在召开教学联席会时下发纸质版预习任务单，该任务单包括如下几方面内容：第一，查找资料，自学有关光干涉方面的相关知识；第二，掌握等倾干涉和等厚干涉产生的原因，正确分析等倾干涉和等厚干涉的异同；第三，了解迈克尔逊干涉仪的结构、使用方法及读数方法、注意事项等；第四，学习用迈克尔逊干涉仪测激光波长的方法；第五，观看我校网络课程有关本实验项目的课程视频，撰写实验预习报告，带着疑问走进实验室。

二、课上实操

在课前预习的基础上，学员来到实验室后按照PPT中的实验步骤进行操作，PPT中的实验步骤仅具有提示作用。期间教员观察这一组学员的预习情况，确定后面的教学方法。

第一种情况，如果发现这一组学员在20分钟左右大部分能调整出实验现象的话，集中演示时就由一名较好的学员进行教授。教员进行补充，提出与理论相关的问题及注意事项。教学方法以师生互动讨论式为主。由于大部分学员已经观察到了实验现象，所以很愿意与教员配合，积极讨论实验现象产生的原因，个别没有观察到实验现象的学员也迫切想知道失败的原因，积极思考寻找解决方法，课堂气氛活跃、和谐，学习氛围浓厚。在师生共同讨论后，学员进一步观察实验现象，教员引导学员利用精密机械读系统测量数据。若问题较多则给予第二次集中辅导，个别问题单独指导。教员最后预留15分钟对本次实验的主要内容进行小结，将实验原理、操作注意事项、数据处理方法等以提问的方式共同分析讨论，深入探讨迈克尔逊干涉仪的改进及扩展问题。

第二种情况，如果在20分钟内大部分学员没有调整出实验现象的话，集中演示时教员就是主体。教员应依照PPT边演示实验步骤，边帮助学员理解每個步骤设计的原因，指出这里面又包含了哪些实验原理，以及利用精密机械系统读数的方法、注意事项等。教学方法以讲授为主。演示实验现象时教员可故意犯错，以引导学员分析错误产生的原因。大部分学员由于理解了实验原理及没有观察到实验现象，因此很乐意配合教员重新开始实验，直到观察到实验现象，按要求记录数据，完成整个实验。教员最后预留5分钟左右，对数据处理方法、课堂出现的情况加以分析。迈克尔逊干涉仪应用的扩展宜留在课后，以便学员写在实验报告的结论里。

三、结语

通过上述教学设计的改进，课堂气氛活跃，学员注意力都很集中，普遍反映没想到这么复杂的光学实验自己能做得这么好。据大学物理理论课教员反映，学完本实验后，学员对光学干涉相关内容的理解程度明显高于其他内容。同时，通过本学期的考试成绩也可以发现运用上述教学方法取得的成果。2017年参加本实验项目考试的80名学员，满分30分，平均分25分。其中及格人数为72人，占总人数90%；30分人数33人，占总人数的41.3%。2016年参加本实验项目考试的学员为90人，平均分为23分，其中及格人数为75人，占总人数的83.3%，30分人数为30人，占总人数的33.4%。结课时学员对授课教员的满意度为100%。当然，教无定法，以上教学设计仅是笔者自己的观点，希望能与同行交流，取长补短。

作者简介：胡玮通（1982— ），女，吉林长春人，硕士研究生学历，实验师，研究方向：光信息科学与技术。