——有关“薄膜干涉”实验的一个问题引发对高中物理实验教学的思考
(作者单位：浙江省温州市第二外国语学校 325000)
摘要：在做有关“薄膜干涉”实验的一道习题中，引发了学生对“是否能够在没有光照的薄膜一侧观察到彩色的条纹”的兴趣，通过理论上的肯定和否定的反复过程中，引发了笔者对实验教学在高中物理教学过程中的作用和当下所存在的一些问题以及如何能够较好地开展高中物理实验教学等问题的思考。
关键词：“薄膜干涉”实验；物理实验教学；对策措施
一、有关“薄膜干涉”实验的一个问题
高中物理(人教版选修3—4)第十三章第7节“光的颜色 色散”，其中一个重要教学内容是“薄膜干涉中的色散”。对于该现象(如图1所示)，我们的观察角度是光线入射的一侧，对于产生的原因，教材上是这样描述的：来自两个面的反射光相互叠加，发生干涉。然而，在没有光线入射的另一侧(图1中薄膜的右侧)是否可以观察到明暗相间的干涉条纹，由于教材没有涉及，如果教师不及时点拨就会成为学生学习的盲区。在学生练习中出现了如下一道题目：
如图1所示，一束白光从左侧射入肥皂沫，下列说法正确的是( )。
A.人从右侧向左看，可以看到彩色条纹
B.人从左侧向左看，可以看到彩色条纹
C.彩色条纹水平排列
D.彩色条纹竖直排列
这道题给出的标准答案是选项B和C。学生对这一题的选项A有所困惑，为什么从右侧向左看，不能看到彩色条纹呢？是否真的看不到？笔者查阅了众多资料，选项A错误的解释之一如下：从薄膜右侧出来的光线是折射光线，想要观察到折射色散，则要求三棱镜顶角一定要足够大，而肥皂膜的顶角太小，大面积光束照射后，各单色光的折射光仍会相互重叠，不会发生折射色散现象，因此看不到色散现象，观察不到彩色条纹。
但是学生又提出这样的疑问：有没有可能在薄膜的右侧发生干涉现象，进而可以观察到彩色条纹呢？如图2所示的③、④两条透射光在薄膜右侧空间叠加会形成彩色的干涉条纹吗？
但是又有解释说：想看到干涉条纹，则参与干涉的两束光线必须强度相近，水与空气界面反射光强度占4%，透射光强度占96%。从左向右看，前后界面看到的两束光强度一个是4%，一个是96%×4%＝3.84%，可以看到干涉条纹；从右向左看，透射光强占96%×96%＝92.16%，反射次数最少的光占96%×4%×4%×96%＝0.15%，强度差别太大，所以看不到干涉彩色条纹。
即使做了这么多看不到彩色条纹的解释，但我们还是有疑问。原因是：因为人从左侧向右看，反射光的干涉形成了明暗相间的条纹，在明纹处反射光相互叠加振动加强；在暗纹处反射光相互叠加振动减弱。又由增透膜和能量守恒的知识可知，在反射光振动加强的地方透射光弱，在反射光振动减弱的地方透射光强。所以从右侧向左看也应能看到彩色条纹。
那究竟能否在薄膜右侧观察到彩色条纹呢？上述分析只是从理论上做的解释，但是物理是一门以实验为基础的学科，所以能否在薄膜右侧观察到彩色条纹，我们应该通过实验来确定。笔者做了一个很简单的薄膜实验，在暗室中用金属丝圈蘸取肥皂液，然后用手电筒照射肥皂液薄膜，发现在没有光线的薄膜一侧确实可以观测到条纹，而且很清楚的观察到条纹的分布是水平排列的。笔者认为，如果这个实验让学生做过或者作为演示实验在课堂上演示过，学生就不会有这么大的疑问和分歧。
二、有关“薄膜干涉”实验的一个问题引发对高中物理实验教学的思考
1.高中物理教学中实验的作用
物理是一门以实验为基础的学科。通过实验旨在培养学生的观察能力、思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力；培养学生寻找良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力，并且在此基础上进一步培养他们的独立工作能力和探索创新能力。
如上面的案例，如果我们对于在没有光照的薄膜一侧是否能观察到彩色的条纹仅是从理论上分析，一方面会得出相互矛盾的结果，另一方面仅对这样的问题做理论分析，并不能让学生信服，同时也很难达到预期的物理教学效果。从上面的事例中我们看到：观察现象、进行演示和学生分组探究实验，能够让学生具体地、明确地认识物理事实，这是学生能够理解物理概念和物理规律的必要基础。通过观察和自身动手实验，对有效地引导学生发掘问题，激发其求知欲望，最终通过自身的探索和研究找到解决问题的方法，具有不可替代的重要作用。在实验教学中可以适当引导学生找出问题，学会科学的思维方法，只有学生亲自思考、推理和实验探究或验证的知识，才是记忆最深刻、理解最透彻的。
2.现状分析
目前，在大多数高中物理教学中，教师多注重理论教学，忽视实验教学，关键是没能真正认识到实验教学在促进教学效果以及对学生发展能力方面的重要作用。在日常教学中，部分教师以“看实验”“程序化实验”“考试实验”来处理物理实验。
(1)“看实验”：通过多媒体展示实验过程和现象。从过去的物理实验“看黑板”，转变为如今的“看录像”“看投影”“看Flash课件”，甚至一些基本的学生实验也用多媒体来展示，学生是通过看别人做实验来完成对实验内容的学习。
(2)“程序化实验”：虽然安排了学生动手进行实验，却以单纯的机械操作为主。大都是教师先讲解实验目的、实验原理、仪器、操作步骤和注意事项，然后学生依照现成的实验步骤进行实验，记录几个数据，实验就算完成了。这样做实验，对于学生能力的培养没有实际效果，学生无法在实验中形成解决问题的能力。
(3)“考试实验”：就是学生用笔“做实验”。为了应对考试需要，教师放弃了学生操作实验，而是让学生大量的解答实验试题，严重挫伤了学生动手实践的积极性。
3.原因分析
对于上述“薄膜干涉中的色散”问题，很多教师上课时仅作理论上的分析，并且只关注了教材上涉及到的入射光线薄膜一侧的干涉现象的理论分析，再加上学生没有实际的实验操作，因此学生对于教师未提到的现象就会显得茫然。即使有再多的理论分析，还是会得出截然相反的结论。如果没有实际的实验证实，学生对于这个问题，忽视了很多在实验中本可以轻易观察到的现象。为什么很多教师不对“薄膜干涉中的色散”这个实验进行课堂演示，而是仅把它作为一个“黑板实验”进行讲解和分析。笔者认为有可能的原因如下：
受应试教育影响，很多教师在实验教学中都是以讲授为主。此外，有些学校没有重视实验室的建设。比如，在做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，很多学校都没有光电门传感器而导致实验效果并不理想，在“自由落体”教学中很多学校没有频闪照相机而使学生对于频闪照片的认识只能停留在课堂的讲解和练习上。
4.对策措施
(1)转变教师观念，做好基本的学生分组实验
在高中物理教学中，首先，应确定以实验为基础，用实验来激发学生的学习兴趣，充分发挥学生学习的主体作用，培养他们操作实验、设计实验的实践能力和创新能力。其次，应该认识到模拟实验取代不了学生的动手操作。要重视让学生看实物亲自动手操作，这样才会让学生在实验中形成事实求是的精神和探究问题的能力。
(2)加强探索性实验教学，培养学生的创新意识
教师可以灵活地变课堂演示实验为“学生分组实验”或“学生随堂实验”，动手做物理实验可以把学生带入科学探索情境中，让学生在实践中探索新知识，亲身经历寻求并发现知识的过程，使他们的创新潜能得到开发。所以根据实际情况，我们可以改课堂演示实验为探索性实验，培养学生的创新意识；精心设计探索性实验，注意提出和启发探索问题，引导学生自行探索，在解决各种疑问和设想的过程中培养创新意识。
(3)进行多项实验活动，将物理实验和自己动手做实验有机结合
在当前教改的新背景下，选修课程已然成为学生学习的乐土，我们可以开展让学生制作简单的实验仪器，如简易电动机等，让学生获取动手的快乐。同时，教师可以结合学校的科技社团，开展相应的科技活动课题，实现物理实验与学科课程有效整合。丰富有趣的课外小实验活动，极大地激发了学生学习物理的兴趣，加深了对物理概念和规律的理解，同时提高了动手操作和手脑并用的能力，对学生智力开发是很有帮助的。
(4)开放实验室，采用多种方式提高学生的实践能力和动手能力
高中物理“开放实验室”是充分开发和利用实验室的丰富课程资源，改变实验室的封闭式管理状态，面向全体学生开放一个实验空间。学生可以经过预约进入实验室，自主选择实验内容、实验材料，自主进行实验设计和探究实验。通过开放实验室，实现实验室课程资源与学科课程有效整合，采取多种多样的实验活动，从而提高学生的实践能力。特别是对于高三学生，让他们再次进入实验室动手做实验感受一下，往往比做很多的实验题目更为有效。
总之，上面的事例让我们清楚地认识到高中物理实验在学生认知过程中的重要性。作为教师，我们更应该清楚地认识到“过程即是知识”，让学生在物理实验的过程中形成求是精神，培养探究的能力。同时，在当前新教改的背景下，我们更应该通过各种方法和手段来加强高中物理实验工作的落实。
参考文献：
[1]苾子宏.物理教育学[M].杭州：浙江教育出版社，1999.
[2]赵凯华.对中学物理教学改革的意见和建议[J].物理教学探讨，2000(1).
[3]李 珍.新课程实施中高中物理实验教学模式探究[J].桂林师范高等专科学校学报，2009(4).
论文作者:叶益胜
论文发表刊物:《中学课程辅导●教学研究》2017年1月下
论文发表时间:2017/3/14
标签：学生论文; 条纹论文; 薄膜论文; 彩色论文; 色散论文; 教师论文; 能力论文; 《中学课程辅导●教学研究》2017年1月下论文;