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五月的杭州鲜花烂漫,浙江省杭州第二中学迎来了全国五所名校名师教学展示活动。课题是《光的干涉》,名师的课堂亮点频现、精彩纷呈,给人震撼和启发。几节课的共同特征有四个方面:一是引人入胜的问题情境;二是生动精巧的物理实验;三是潜移默化的思维提升;四是充分深入的探究活动。啊,一节好课原来是这样的。下面,我们走近几位老师的课堂,感受他们课堂的精彩瞬间。
一、引人入胜的问题情境
1.展示自然景观
几位老师的课堂引入均创设了一些与光的干涉相关的自然、生活现象,比如:地面上的油膜、肥皂泡、照相机镜头的淡紫色、薄膜的彩色条纹等等。学生感觉教师传授的知识离他们是那么的亲近,接下来的探究活动自然水到渠成。
生活中的物理问题势必会使学生产生好奇心,有了渴望学习的愿望,必将带着问题去钻研,从而启动了学习的主动性。生活中的物理贴近学生生活,更容易唤起学生情感上的共鸣,引起学生积极探索知识的欲望。
图1
2.温故而知新
华南师大附中赵老师的课堂引入亲切、自然,做到了温故而知新。学生在复习原有知识的基础上获得探求新知识的兴趣和方法。教学片段如下:
师:波的特有现象有哪些?
生:干涉和衍射现象,还有反射、折射、偏振现象。
教师展示机械波(水波)的干涉和衍射图样,如图2所示:
图2
师:光是一种波吗?怎样证明光是一种波?
生:找到光具有波的特性,如干涉、衍射等。就说明光是一种波。
师:下面我们追寻着托马斯·杨的足迹,来经历科学家发现光的干涉现象的探究历程。
这一教学设计在原有知识背景的基础上来探究新的问题,问题简捷、自然,目标高远、活动有效。
二、生动精巧的物理实验
几位老师的实验设计各具特色,生动精巧、效果明显。主要有三个亮点:
亮点之一:杭二中赵老师指导学生用两个刀片在涂黑的玻璃片上制成双缝,操作简洁,实验效果非常好。具体操作如图3所示:
图3
亮点之二:北京101中学的王老师使用了双缝集合片(双缝0.50mm,0.25mm,0.125mm),这个双缝集合片有三个不同型号的双缝,刚好满足定量研究的需要。具体如图4所示:
图4
亮点之三:用激光直射双缝,获得相干光源。操作方便,实验现象清晰、真切。具体操作如图5所示。
图5
以上实验方案设计精巧、突出方法、重在感悟,引导学生去领会科学家们研究问题的物理方法,并内化为自己的思维和行为方式,培养了学生实验能力和创新精神。
三、潜移默化的思维提升
获得相干光源的方法是本节课的教学难点。杭二中的赵老师采用了递进式的问题展示,效果非常好。师生的交流片段如下:
问题(1) 投影水波稳定的干涉图样,让学生思考如果光也是波,光在空间叠加能看到什么?
生:有的地方亮、有的地方暗。
问题(2) 类比机械波产生干涉的条件是:两列波的频率必须相同,我们已经能得到频率相同的光,也就是激光,下面演示两束激光叠加会出现什么现象,能否看到干涉现象?
生:没有看到干涉现象。
师:为什么呢?
生:两个光源的振动情况不相同,不是相干光源。
问题(3) 如何用激光得到两个相干光源?
生:用激光照射双缝。
问题(4) 托马斯·杨的年代还没有激光,他是如何得到相干光源的?
生:烛光通过单缝、再通过双缝。
师:这是“一分为二”的方法。这也是杨氏双缝实验的巧妙之处,被称为十大最美丽的实验之一。这就是托马斯·杨的双缝实验,如图6所示:
图6
这一教学过程,问题展示层次分明、层层递进、逻辑严密、探究性强,体现科学探究的方法,培养学生的科学精神。
四、充分深入的探究活动
影响条纹宽度的因素是本课的一个重点。几位老师均用控制变量法来引导学生进行了探究活动。
1.福州一中的林老师通过演示和学生进行了定性研究。
演示(1):红色激光直接照在双缝上,投影在背后墙上;观察并描述你看到的现象。
学生:明暗相间的条纹,中间是亮条纹。
演示(2):双缝间距不变,用像屏由近及远(即改变L,)观看条纹的变化。
学生:条纹变宽。
结论:L越大,条纹间距Δx越大。
演示(3):双缝与屏间距不变,调节双缝间距d变大(或变小)观看条纹的变化。
学生:d变大(或变小),条纹变窄(或变宽)。
结论:d变大(或变小),条纹间距Δx越小(或越大)。
演示(4):双缝间距不变,双缝与屏间距不变,用紫色代替红色激光,观看条纹变化。
学生:条纹变窄。
结论:光的波长λ越大,条纹间距Δx越大。
2.北京101中学的王老师引导学生进行了定量研究。
实验器材:红、绿激光笔;双缝集合片(双缝0.50mm,0.25mm,0.125mm),铁架台,屏,直尺,电脑。
实验探究:①改变“双缝”距墙的距离,讨论条纹间距与双缝距墙的距离的关系。
表1
②改变“双缝”缝间距(更换另一个“双缝”),讨论条纹间距与“双缝”缝间距关系。
表2
③改变光源的频率(换用不同颜色的激光笔)讨论条纹间距与光的频率关系。
表3
总之,学生在经历了“影响单色光双缝干涉条纹间距的因素”探究活动中,获得学生自主探究活动的体验:“观察实验—提出问题—猜想假设—设计实验方案,数据分析—实验结论—理论证明”的物理学研究方法,从而提升了思维能力。
3.成都七中王老师采用了网络背景下学生的合作、自主、探究学习。
(1)合作探究。
分小组通过阅读教材,查看网站,动手实验,观察现象。探究三个问题:
探究① 托马斯·杨是怎么做光的干涉实验的?他的实验的巧妙之处在哪里?用所给器材设计一个实验,能观察到光的干涉现象。(提示:阅读教材。器材:红色激光光源,刻有双缝的黑色玻璃片,光屏。注意激光使用安全:不可让激光直射眼睛)
思考:单缝的作用是什么?双缝的作用是什么?光的干涉条件是什么?
探究② 通过仔细观察和测量准确描述单色光干涉条纹特征。(提示:仔细观察并测量光的干涉照片)
探究③ 从波的叠加原理探究何处是亮纹何处是暗纹。(提示:阅读教材,查看网站“光干涉规律的探究”)
(2)交流展示。
师:回顾机械波干涉。
生:小组介绍托马斯·杨是怎么做光的干涉实验的,理解获得相干光的方法。
生:小组演示设计实验。
师:演示双缝干涉实验。
生:小组介绍单色光干涉条纹特征。
生:小组介绍何处是亮纹何处是暗纹。
生:观察白光的干涉现象。
师:介绍自然界中的光的干涉现象及光的干涉的应用。
让学生整体把握这节课的知识结构,通过对光的干涉应用的思考产生后续学习的欲望,促进学生学习的连贯性和思维的延伸。
总之,几位老师的教学设计分别体现了问题性、实践性、科学性、探究性,注重教学的有效性,培养了学生的自主探究、合作学习、知识迁移和创新能力。