让学生成为学习的主人

姜馨

【摘要】新课程改革背景下，学生自主学习能力和科学探究能力在中学物理教学中被愈发重视.在中学物理教学中，为培养学生物理核心素养，结合陶行知教育理念，本文以“光的干涉”为例，通过创设问题、小组实验、师生问答、自主探究等环节，阐述如何以“让学生成为学习的主人”为目标开展中学物理教学.

【关键词】物理核心素养；自主学习；光的干涉

以新课程改革为背景，在中学物理教学研究中，科学创新能力与自主学习能力被愈发重视起来.“高中物理教学要培养学生的物理学科核心素养”这一观点于2017版《普通高中物理课程标准（2020修订）》中提出[1]，自此，“科学探究”成为物理学科核心素养的主要层面之一.

陶行知教育思想理论体系的主要内容之一是“教学做合一”，以此为理论基础，同时结合新课程改革的基本理念，充分利用学生已有的生活和学习经验，使其成为新知识学习探究的起点，本文以“光的干涉”为例谈谈如何以让学生成为学习的主人为目标开展中学物理教学[2].本案例具体思路为：以生活经验导入为基础，提出问题，引导学生实际实验，观察光的干涉现象[3-4]；然后对其现象进行猜想和假设，并通过已学过的波动理论为基础予以验证.

1 “光的干涉”教学案例

1.1 案例题旨

“光”是什么？这似乎是个很简单的问题.然而它却开启了人类的智慧和视野.毫不夸张地说，正是杨氏双缝干涉实验，见证了光的波动性的涟漪，让人们得以初窥世界的奇妙.对光的研究至今依然让无数科学家为之着迷.

1.2 案例研究的主要问题

（1）教学条件下的现象教学应该让学生得到什么？如何得到？

（2）学生探究过程中教师起何作用？对于学生自主学习具有何种意义？

（3）如何让学生有效地建立物理思维过程？

1.3 教学过程

1.3.1 创设问题，引入新课

教师引入新课“光的干涉”并引导学生深入思考.

问题1 当我们都还是一些“十万个为什么”少年，不知道有没有别出心裁的熊孩子问过这样的问题：“阳光下的泡泡为什么是彩色的”.

问题2 光究竟是什么？

牛顿是光微粒说的坚定支持者，而惠更斯则认为光在空间中以波的形式传播.在1801年，英国物理学家托马斯杨借助光的双缝干涉实验，成功地观察到了光的干涉现象，为光具有波动性提供了有力证据.

1.3.2 有序探究，发展素养

（1）小组实验一，观察现象

学生熟悉实验器材，明确实验原理：教师为每组准备两支不同颜色的激光笔，以及两个不同间距的双缝.引导学生说出不同色光激光笔的根本区别.

师 就是这些最简单的设备，恰恰体现出了最美丽优雅的科学之魂.下面就请大家进行小组实验，注意实验要点，如确保激光笔正对双缝等.

学生活动 教师分别请各组同学描述观察到的实验现象.教学中，笔者对学生的每一个观点和认识都予以充分的重视.

生 光到达墙上的范围比不加双缝前大了.

师 为什么光到达的范围比直线传播的大？

生 因为通过每个缝都会发生衍射.

师 加了双缝之后你观察到什么图样？

生 屏上出现了明暗相间的条纹，且条纹间距相等.

（2）比较推理、分析现象

结合实验现象引导学生类比机械波的干涉，用波动理论解释明暗条纹分布的情况.教师提出以下问题让学生思考：

师 如图1所示，双缝中垂线与屏幕相交位置P点，这个点在几何关系上有什么特点？呈现明条纹还是暗条纹？

生 S1、S2到P0点距离相同，所以这两列波的波峰或波谷同时到达P0.在这一点两列波相互加强，因此出现明条纹.

师 肯定学生回答，同时指出中间的亮条纹称中央亮条纹，中间两侧对称出现的亮条纹称为“第一亮条纹”“第二亮条纹”……；两侧对称出现的暗条纹称为“第一暗条纹”“第二暗条纹”，以此类推.

师 试分析第一亮条纹的成因.

生 S1、S2到P1点距离不同，两列波到P1的距离相差一个波长.两列波在P1点仍然相互加强，因此出现亮条纹.

师 根据以上分析，你是否可以说出暗条纹的成因？

生 S1、S2到Q1点距离不同，两列波到达Q1的距离相差半个波长，在这一点两列波的波峰与波谷叠加，在Q1点相互减弱，因此出现暗条纹.

师 请同学们讨论最终归纳出产生明条纹和暗条纹的一般条件？

学生思考讨论后得出结论，产生明暗条纹条件如公式（1）（2）所示.

（3）拓展延伸，定量关系

师 下面我们自然要考虑这样一个问题，相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离是不是一成不变的？是哪些因素对条纹之间的距离造成影响，又会造成什么样的影响？这几个问题希望大家能大胆推测.

实验证明 学生运用探究多因素问题时的控制变量思想，结合手中的仪器再次进行实验并展开小组讨论，以小组为单位发表实验结果 ① 缝到屏间的距离越大间距越大；② 双缝间距d越大，间距越小；③ 与光源的波长越大，间距越大.

理论证明 引导并协助学生结合数学方法证明自己的定性猜想.夯实对结论的理解.

1.3.3 学习应用，自主探究

（1）師生问答

师 请同学们观察图2中彩色条纹并大胆猜测彩色条纹是怎么产生的呢？

生 白光发生了干涉.

师 为什么在日常生活中我们很难看到光的干涉现象呢？

在学生探讨后，教师概括：看上去相同的光源，但它并不满足干涉的条件.要发生光的干涉现象必须有两个振动情况完全相同的光源，包括频率相同、振动方向相同、相位差恒定，而普通光源发出的光各列波很难满足条件，因此双缝干涉中双缝的作用就显而易见了，就是为了获得振动情况完全相同的光源——相干光源.

师 回归本案最初引入的生活情境，现在你知道彩色泡泡的秘密了吗？

生 是发生了光的干涉.

师 是的，这也叫做薄膜干涉现象.

（2）小组实验二，学生活动

实验要求：同学们利用肥皂水、平面镜、蜡烛，自己动手制作肥皂膜.对比烛焰在肥皂膜上的像与平面镜中的烛焰有什么不一样？

生 肥皂膜上看到的像与平面镜中的像相比出现了明暗相间的条纹.

师 像有明暗相间的条纹，与什么现象类似呢？

生 双缝干涉.

接下来，教师引导同学比较一下双缝干涉图样与薄膜干涉图样的异同.相同点：都是明暗相间的条纹；不同：双缝干涉是竖条纹，薄膜是横条纹，双缝干涉在光屏上可以观察，薄膜要用眼睛观察.教师对以上几位同学的观察及时给予肯定，并深入提问为什么有这样的差异呢？为了弄清这一点，我们要明白薄膜干涉的成因（图3）.

师 薄膜干涉中相干光的来源是什么？光的路程差是由什么产生的？

学生小组讨论后得出结论：相干光来源为薄膜前后表面反射的光；由于重力作用，肥皂膜上薄下厚，薄膜厚度决定了光的路程差，前后两个面的反射光叠加，当光的路程差是半波长的偶数倍时出现亮条纹，当光的路程差是半波长的奇数倍时出现暗条纹.

（3）应用实例介绍

再给大家介绍一个干涉现象在技术上的应用实例——用干涉法检查平面的平整程度.取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面向下照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹.

大家认为，图4中哪幅图代表被检平面是平整的呢？答案是甲图.原因是厚度相等的地方，干涉情况一样，即如果某一处反射回来的两列波叠加，光振动加强，产生亮点，那些与这处厚度相等的地方都是亮点，他们连起来组成亮条纹，若其他厚度处两列波叠加减弱，产生暗条纹，因此厚度变化情况决定了条纹的形状.如果被测表面是平整的，单色光干涉条纹为平行、等间距、明暗相间的条纹.那么，光的干涉还可以有哪些应用呢，就请同学们课后注意观察并加以探究解析.

小结 虽然我们有了一些成果，但我们对光的认识还远远不够，因为光，地球有了白天；因为光，世界变得斑斓；也因为光，万物有了生长的能源.希望大家仍保持一颗探求之心，奋力掀开光学的神秘面纱.

3 教学启示与反思

学生的主体作用要贯穿始终，学生不再是名义上的主体.教师通过设置教学活动的环境，让学生自主设计实验方案，并想办法解决问题给出证明.教学活动中，教师的作用始终是节奏的调控者，始终做到既不将知识和盘托出，也没有简单地设置学习目标，而是努力将教学内容问题化，以问题导向引导和驱动学生进行思考和探究，从而实现既定的知识与技能、过程与方法以及情感态度与价值观等方面的教学目标[5].承认和尊重学生思维的主体性.在难点、重点处适当放慢节奏，给学生充分的时间进行思考和讨论.

本案例“光的干涉”教学设计试图突破传统做法，基于学生已有经验基础和知识储备开展探究性学习，实现新课程三维价值体系.通过情境和问题的紧密联系引领学生思考，为后续探究活动的开展做铺垫.在总结与描述的过程中，学生参与意识积极其强烈，思维活跃而敏捷，缜密而严谨的思考和表述令人赞叹.这一切昭示着这样的事实：学生能够思考，乐于思考，善于思考.在今后的中学物理教学中，教师应该更多的给予机会、提供支持，激励和疏导.这样的教学过程便于实现主体情知互补，思维与创新同步协调发展，为以学生为主体的全面发展奠定基础.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[2]王建峰.物理概念教学中如何开展“深度学习”—“光的干涉”深度学习设计[J].物理教学，2018，40（05）24-26.

[3]汪鸿飞.高中物理融入“问题串”的探究指导书的设计——以《光的干涉》为例[J].西藏教育，2021，（08）：44-48.

[4]铁小匀.培养学生物理实验设计思维教学实践与思考[J].教育教学论坛，2020，（09）：309-311.

[5]何建华.一个探究式教學的案例———光的衍射[J].物理通报，2015，40（05）：68-69.