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牛顿环实验教学方法综合运用

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【摘要】针对牛顿环实验教学存在的问题,根据各种教学方法以及教学内容的特点,讨论如何选择合适的教学方法应用于该实验教学中。任务驱动教学法的优点是有利于激发学生的学习兴趣、能有效的激发学生的主动性和积极性,缺点是不利于控制进度,用于预习阶段则可以扬长避短。讲授法可以短时间传授大量信息,适合应用于实验原理的阐述。问题教学法教学重点明确,有利于培养学生分析问题以及解决问题的能力,适合应用于重点、难点内容。

关键词:牛顿环;任务驱动;讲授法;问题教学法

大学物理实验是西南石油大学面向全校工科专业开设的公共课,主要对学生进行全面而系统的实验方法和实验技能的基本训练,从而培养学生的动手能力、创新能力和提高学生的科学素质[1]。牛顿环实验是长期开设的基础光学实验项目之一,笔者在教学中发现有些学生参与度不高,在教师讲的时候跟不上节奏,调节过程根据课本中的实验步骤按部就班去完成,知其然不知其所以然并没有真正掌握其实验方法[2-5]。本文以牛顿环实验为例,根据各种教学方法的特点,探讨如何应用使学生积极参与教学中。

1任务驱动法应用

预习是实验的准备阶段,实验课教学以学生自己动手动脑为主,教师不能花太多时间面面俱到地讲解实验原理,因此预习是实验课非常重要的一环[6-7]。目前我校的预习管理方式为课前检查预习报告,预习报告包含的内容有实验内容、实验原理,大部分学生只是从课本上抄写一遍应付检查,其中不少学生还写不完整,比如有的学生只是叙述了牛顿环的形成原因,然而实验内容是测量平凸透镜的曲率半径,因此应该包括平凸透镜的曲率半径的测量方法。笔者认为可以采用任务驱动法引导学生进行预习[8]。对预习报告提出具体要求:一、实验原理部分可以列出小标题:(1)牛顿环的形成原因。(2)测量计算式的推导及系统误差的消除方法。二、在预习报告中设置一些问题,让学生在牛顿环实验预习过程弄清楚这些问题:(1)为什么测量牛顿环的直径而不是半径?(2)为什么圆心处可能亮也可能暗,更常见的是半明半暗?(3)为什么测的是弦长而不是直径也不影响结果?(4)使用移侧显微镜时应注意哪些问题?(5)使用牛顿环仪需要注意什么?这些问题涉及的是该实验的基础知识,仔细阅读课本根据现有知识完全有能力做出解答或证明,通过回答这些问题达到良好的预习效果,为实验课堂学习储备充分的理论知识。

2讲授法运用

由于实验课的特点,不能在实验原理部分占用太多时间[9],而实验原理涵盖内容较多,讲授法优点是高效率,缺点是学生独立思考时间有限,可能跟不上教师的节奏,教师的讲授过程要富有启发性,并随时关注学生的反应。

3问题教学法应用实验步骤主要有

(1)将显微镜调至标尺中间位置(2)调节牛顿环仪使圆斑尽可能小且尽可能在几何中央并放在载物台上,尽可能使圆斑对准45度玻璃片(3)调节光源与45度玻璃片等高(4)关闭载物台下方反光镜(5)调节45度玻璃片从目镜上能看到充足的黄光(6)调节目镜使十字准线清晰(7)调节调焦手轮使牛顿环清晰(8)移动牛顿环仪使十字准线尽可能对准牛顿环中心。实际上仪器调节过程可归纳为仪器布置、光路调节、显微镜调节。在开学第一节课曾学习过仪器的安装调节应力求科学、安全、方便,科学指仪器的布置和安装必须满足实验要求和仪器的工作条件。其中步骤(1)(2)(8)为仪器布置,步骤(1)(4)(5)为光路调节,步骤(6)(7)为显微镜调节。(1)反光镜该不该用?可以先让学生进行辩论,在辩论中学习,在辩论中获得真知,最后教师进行小结:反光镜可以照亮载物台,但是本实验观测对象为干涉圆环,照亮反而不利于观察。如果学生准备不是很充分,难于从他们的讨论中得出正确结论,教师可以提示:如图3所示,在光路中用到反光镜了吗?学生此时幡然醒悟,并没有。光线是从45度玻璃片反射到牛顿环仪上,然后向上反射到显微镜。(2)可不可以关闭45度玻璃片,使用反光镜进行实验?这是对教材的一种质疑,符合学生的心理,既然仪器厂在底座安装了反光镜,那为什么不能选择反光镜?如果学生答不上来,教师提示透射光能否形成干涉圆环?有的学生会想到反射光、透射光都可以在两块玻璃间反射。这也就引出了下一个问题。(3)使用45度玻璃片和反光镜各自的优缺点是什么?此时学生尚未动手操作,可能回答不上来,需要教师示范一遍,操作的结果使学生明白使用反光镜虽然容易获得充足明亮的黄光,但是形成的牛顿环不清晰、难于分辨,而用45度玻璃片形成的牛顿环可以调的很清晰。(4)为什么反射光的牛顿环清晰而透射光的牛顿环不清晰?这个问题是对现象的理论解释,如果在课堂上展开讨论,不符合实验教学的特点,可以引导有兴趣的学生课外去学习研究这个问题。比如在演示文稿中写上请查看《华南热带农业大学学报》第六卷第四期“从透射光中观察牛顿环条纹不清晰的原因分析”[13]。如此既不占用宝贵的课堂时间又可以引导学生课外去查阅相关文献,培养学生的科学素养。通过对问题的讨论使学生积极参与教学过程中,对问题的积极思考使学生印象深刻,从而培养学生的科学素养,而不是机械的执行课本或教师的指令。

4结束语

教学方法应根据教学内容、教学对象、教学目标而定,在实际运用中根据需要穿插使用,同时还须充分关注学生的参与,无论何种方法以启发式教学思想作为运用各种教学方法的指导思想,根据学生的反应随时进行调整。

参考文献

[1]张怀作.大学物理实验[M].北京:科学出版社,2011:1.

[2]祖强,刘加彬,孙岳明,等.大学本科实验教学方法改革初析[J].实验科学与技术,2015,13(3):88-90.

[3]鲍志刚,张东梅.工科大学物理实验教学思路探索[J].科技风,2017,1:12.

[4]仲启媛,贾佑铭,谭立龙.以学生为主体的试误性实验教学方法探讨[J].实验科学与技术,2014,12(6):131-133.

[5]罗晓琴.重视学生主体地位,改革《大学物理实验》教学[J].实验科学与技术,2014,12(5):71-73.

[6]李承跃,朱德军.改进《大学物理实验》预习教学方式[J].实验科学与技术,2013,11(5):262-265.

[7]赵艳艳,陈桂云.运用主动实践理念,指导大学物理实验教学[J].实验科学与技术,2014,12(2):69-71.

[8]于秦,居太亮,段景山.任务驱动型案例教学法在教学中的应用[J].实验科学与技术,2012,10(4):204-207.

[9]俞眉孙,陈中钧.提高大学物理实验教学质量的体会[J].实验科学与技术,2013,11(5):269-271.

[10]翁存程,冯尚源.牛顿环实验的研究[J].实验室科学,2017,20(2):20-22.

[11]毕会英.《大学物理实验》教学方法探析[J].教育教学论坛,2015,43:141-142.

[12]赵玉环,蔡小琳.对牛顿环实验教学的研究[J].科技创新导报,2016,13(28):127-128.

[13]彭尚忠.从透射光中观察牛顿环条纹不清晰的原因分析[J].华南热带农业大学学报,2000,6(4):71-72.

作者:蓝华山;伍丽莎;宋文博 单位:西南石油大学理学院

牛顿环实验教学方法综合运用责任编辑:张雨    阅读:人次