高中生物理学习兴趣的影响研究——以“双缝干涉实验”为例

◇ 甘肃 王 丽

相较于初中物理来说,高中物理知识点无论从数量上还是难度上均有明显提升,有着高度的抽象性与逻辑性.当高中生在面对较为繁重的学习任务时,若得不到舒适环境、教师引导、方法创新等多方面的支持,极易对物理学习产生畏惧甚至厌恶心理.面对这一情况,教师必须关注学生物理学习兴趣的激发,积极探索与创新教学方法,同时加强物理实验设计与教学实践的结合,切实提高物理教学效率.“双缝干涉实验”是展示光的波粒二象性的重要实验,可通过向学生演示电子或光子等微观物质的波动性与粒子性特征,要求学生掌握其中的物理原理,并发现物理现象的神奇之处,从而激发物理学习兴趣,提升学习的自主性与主动性.

1 双缝干涉实验

双缝实验是著名光学实验,托马斯·杨在他的《自然哲学讲义》中描述了双缝实验,即把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面,形成一个点光源,再在纸后面放一张纸,不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝,从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上,就会形成一系列明、暗交替的条纹,这就是现在我们熟知的双缝干涉条纹.

在量子力学里,双缝实验是测试光子或电子等微观粒子的波动性质与粒子性质的实验.双缝实验所需的基本仪器设置很简单,拿光的双缝实验来说,将相干光束射向一块内部刻出两条狭缝的不透明挡板.在挡板的后面,放置照相底片或某种侦测屏,用来记录通过狭缝的光波的数据.通过这些数据,了解光束的物理性质.光束的波动性质使得通过两条狭缝的光束互相干涉,造成了显示于侦测屏的明亮条纹和黑暗条纹,这就是双缝实验著名的干涉图案.可是,实验者又发觉,光束总是以一颗颗粒子的形式抵达侦测屏.双缝实验也可以用来检试像电子一类粒子的物理行为,虽然使用的仪器不同,都会得到类似的结果,显示出微观粒子的波粒二象性.

2 高中生物理学习兴趣的培养策略

2.1 精心设计课堂导入，集中学生课堂注意力

课堂教学若能构建良好的开端,便意味着这节课已经成功了一半.对此,教师必须注重课堂导入方式的精心设计,将更多形式的教学辅助手段充分用到课堂导入环节中,在激发学生学习兴趣的同时,使学生的课堂注意力能够持续集中.

例如,教师在教学“双缝干涉实验”这一内容时,便可利用多媒体技术导入一些物理学史的相关内容,包括托马斯·杨于1801年进行的杨氏双缝干涉实验中对光的波动性的肯定,1803年他利用干涉原理解释衍射现象,在同年发表了《自然哲学与机械学讲义》,1818年菲涅耳以光的干涉原理补充了惠更斯原理……以图片、文字、视频等形式给予学生视觉冲击,让学生产生想要一探究竟的欲望,并感知科学家执着的探索与奉献精神,在降低物理知识抽象性的同时,使学生逐渐领悟物理学习的奥妙.

2.2 持续创新教学方法，调动学生课堂积极性

高中生进行物理学习的过程,实际上就是对物理知识产生特殊认识的过程,其作为认识主体,只有通过感知与实践才能推动认知活动的顺利进行.对此,教师在物理教学中应充分凸显学生的主体作用,对新的教学方法进行不断的改进与尝试,让学生在探究、讨论与发现的过程中做到主动学习,提升学生的物理学习兴趣.

教师可尝试开展启发式教学,让学生成为学习主体,而教师则承担起启发者、引导者的角色,找准启发的切入点,并把握好启发的时机与条件,让学生开动脑筋思考,展开观察、发现、探究与实验,从而带领学生完成高效的思维活动,起到培养兴趣、发展能力等目的.例如在进行“双缝干涉实验”教学时,由于之前教师已经讲解了相关的理论知识内容,为进一步验证理论内容,便利用多媒体将“光的干涉现象”这一内容进行回顾,并向学生提问：“当两个光源与屏上某点间的距离差同波长存在某一关系时,屏上出现亮条纹或暗条纹,大家认为可以用这一原理去测量光的波长吗?”引导学生跟随着教师的思路去思考与讨论,这样一来,不仅可以有效激发学生的学习兴趣,还能提高其思维、合作与沟通能力,有利于培养高中生的物理学科核心素养.

教师还可引导学生展开研究性学习,让其对某一物理课题展开多层次、多角度及多形式的研究,进而将其对研究结果产生的间接兴趣转变为对学习过程的直接兴趣.由此,物理学习活动便不再是他们的负担,也不会使其感到枯燥无味,而是转变为具有成就感的愉快体验,大大激发了学生的物理学习兴趣.例如在进行“双缝干涉实验”时,为进一步优化实验过程与结果,笔者组织了“以激光笔改进双缝实验”的探究活动,即采用大功率的激光笔与具有缝宽差异的双缝、光具架,成像如图1,即缝宽为0.88mm,光源与屏幕的距离是L＝5.0m 的绿光干涉条纹,为明确条纹宽度,图1中还有一枚一元硬币.其中定性探究缝宽、波长、光源和屏幕、相邻亮条纹间距的关系,可引导学生采用控制变量法展开实验,先在波长和缝宽都不变的基础上,改变光源和屏幕之间的距离；再在波长和光源到屏幕的距离不变的情况下,改变缝宽；最后在缝宽和光源到屏幕的距离不变的情况下,改变波长.而定量探究需要学生分组进行,需要将缝宽调整为不同的距离,同时明确相邻亮条纹的间距及光源到屏幕的距离,测量相应的数据并分析各个变量间的关系.这样不仅可激发学生的学习兴趣,还能提升其动手能力与探究能力.

图1

2.3 关注课堂教学细节，提高学生物理学习自信

细节决定成败.在针对高中生展开物理教学时,教师同样应从细节入手,对各个教学细节进行精心设计与密切关注,从而调动学生的物理学习兴趣,使其积极参与到物理教学活动中来.例如如何采用合适的策略来引导学生展开有效预习,课下怎样复习才能达到巩固知识的理想效果,怎样指导学生进行学习笔记的分析、总结、归纳与整合等.

总的来说,高中生正处于物理学习的关键阶段,学生在这一时期表现出来的物理学习状态将会对未来的物理学习产生重要的影响.对此,教师应加强对高中生物理学习兴趣的激发与培养,做到精心设计课堂导入、持续创新教学方法、关注课堂教学细节等,切实提高学生的物理学习兴趣与物理学科核心素养,实现高效物理课堂的构建.