關于提高光學探究實驗有效性的實踐與思考

郭秀芝，陳若輝，關文翠

(北華大學物理學院，吉林吉林132013)

經(jīng)過幾年來的努力，高等教育在教學內(nèi)容、教學方法和教學手段等方面的改革成效顯著，在各大學課堂，以各種形式廣泛地開展了探究式教學的教學模式，被認為是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效的教學模式。特別是以實驗科學為基礎的物理學科的教學中應用探究式教學模式既適合物理學科理論內(nèi)容的思維方式，又與學科教育手段天然地吻合，因此，改革光學課程的教學為探究式教學模式，多次實踐的過程中感覺到，提高探究實驗的有效性是提高探究式教學效果的關鍵因素，這個問題僅有個別的專家學者注意到，如孫毅等“關于電工探究實驗有效性的思考”［1］;周玉芝“以探究度設計為切入點，培養(yǎng)學生的探究能力”［2］;傅玲等研究了“探究過程的評估依據(jù)”［3］等;但沒有引起更廣泛的關注。在這里把教學實踐中有關提高探究實驗有效性的體會總結一下，以供參考。

一、提高探究實驗有效性的理性思考

光學課程的特點是理論思維抽象，實驗現(xiàn)象日常生活中又不常見，學生們?nèi)狈Ω行哉J識，因此，探究式教學模式特別適合光學課程的教學。是本著“先探后學再實踐”的探究式教學模式進行光學課程教學的，“探”要探到對光的現(xiàn)象和基本規(guī)律建立起感性認識的程度，在實踐過程中體會到，提高探究實驗的有效性:

(一)克服盲目性，提高探究性

最初設計的探究實驗，從完成理論教學任務為出發(fā)點，給出一些探究問題，學生探究的過程相當于對理論課的結論做一個驗證，這遠沒有發(fā)揮出探究實驗的功能，因此進一步改進了教學。首先，教師給出探究的大方向，指導學生預習，鼓勵學生們提出探究的問題。

教師又根據(jù)教學目標通過簡單典型的演示實驗有意引導學生們的思維方向，從而提出探究的問題［4］，并幫助學生們選擇可以作為探究的問題，提出探究的具體問題是提高探究性的關鍵。探究實驗的目的是想通過模仿科學家發(fā)現(xiàn)問題、建立理論的過程來學習知識，因此，作為探究的問題是應該局限于“發(fā)現(xiàn)型”的問題［5-6］，這些問題應該是學生們自己可以夠得著的，是實際存在的，問題的答案有的是已知的，有的卻沒有解決的辦法或答案;教師在備課時，準備了多種儀器、設備，作為學生們通過探究找到問題答案的工具，答案一定是能夠找得到的，又是可以深入進行下去的，由此，學生們獲得了新知識，師生共同完成教學任務。

(二)克服依賴性，倡導自主、合作性

受多年來“師本教育”的影響，學生們總會不自覺地問:這應該怎么做?教師要有意避開直接回答學生們的問題，鼓勵學生自己探究，小組內(nèi)合作探究。探究中所見到的新現(xiàn)象，有的學生只是在書本上見到過圖畫，在實踐活動中未曾見到過，對這些現(xiàn)象所隱含的變化規(guī)律更無從知曉，因此要求小組內(nèi)同學共同探究，對每一步實驗現(xiàn)象所反映的規(guī)律，要求學生們各抒己見，集思廣益，并與教師、教材提供的結論相比較，檢查各自的結論是否正確，保證個體探究到的知識與科學知識之間建立起正確的聯(lián)系。

(三)克服表面性，突出建構性

最初的探究實驗只是得到一些實驗現(xiàn)象就滿足，進一步的探究實驗要立足于探究到理論課程所涉及的基本規(guī)律的大部分甚至全部，這就給設計實驗提出了更高的要求，準備實驗裝置要有針對性，每組實驗設備對應于探究理論的某一個側面，探究初期，將完成教學任務寓于探究中，教師要有針對性地安排探究設備，探究難度大的安排給動手能力強的小組，保證全體同學能夠探究到理論知識的方方面面。然后提供充足的自由探究時間和空間，培養(yǎng)學生們的探究能力，能夠通過探究實驗建構出理論知識的概貌是最佳的探究［7］。

(四)克服毛糙性，加強交流性

同學們在探究時容易滿足于:我看到現(xiàn)象了，我找到規(guī)律了。在探究過程中各個小組都會得到實驗現(xiàn)象，有的小組探究到的東西會多一些，但各小組探究的側面可能不同，這時充分的交流、總結探究的結果尤為重要。交流同學們探究到的實驗現(xiàn)象、規(guī)律及對規(guī)律的解釋，可以激發(fā)其他同學做更廣泛的探究，可以激發(fā)其他同學對各種解釋提出疑問，可以引發(fā)出新的問題，可以將實驗證據(jù)、已有的科學知識和所提出的解釋緊密結合起來，解決彼此觀點中的矛盾。這個過程可以使探究升華，使每個同學獲得多角度的感性認識，達到知識更新的目的。

二、提高光學探究實驗有效性的措施

(一)從探究實驗的設計上提高有效性

探究初期，學生們的興趣點在于只想看到現(xiàn)象，這可以理解，因為他們未知所探究的內(nèi)容的深奧和規(guī)律性，借助此，可以設計由趣味性出發(fā)的組合實驗，完成某個側面知識的探究。如在做光的干涉探究實驗時，設計白光、紗網(wǎng)的多光束干涉及雙棱鏡干涉實驗設備的組合用來完成分波面法干涉的現(xiàn)象及規(guī)律的探究［8］;肥皂膜與邁克爾遜干涉儀組合探究等厚干涉及規(guī)律;白光油膜與邁克爾遜干涉儀組合探究等傾干涉及規(guī)律等等。這樣的設計，學生們感興趣，同時也達到了理論教學所需要的對規(guī)律的感性認識。

(二)從探究實驗進行過程中提高有效性

教師在教學中體會到“先放手，再指導，逐步引向深入”的原則，可以提高有效性。探究的第一階段，鼓勵學生們自己提出問題，教師指導選擇儀器設備，進行探究;第二階段，在恰當?shù)臅r間由教師給出若干個問題作參考［9］，如白光紗網(wǎng)得到的干涉像與幾何像有什么不同?雙棱鏡干涉條紋的間距與哪些因素有關?白光代替納燈作光源時，干涉條紋有何特點?生成肥皂膜的細鐵絲框以什么形狀為最好?為什么牛頓環(huán)間距不等，中心稀疏邊沿稠密?等。已經(jīng)提出問題并在探究的同學將繼續(xù)，未提出問題的同學參考教師提出的問題選擇探究問題，進行探究;第三階段，在探究進行了大部分時間之時，教師給出部分規(guī)律，進一步引導學生加深探究，如雙光束干涉中，在其它條件不變時，干涉條紋的間距與縫距成反比;等傾干涉中當光程差增大時會有冒環(huán)的現(xiàn)象等，只需要做到拋磚引玉即可，制造跳一跳夠得著的探究氛圍，使學生們能夠保持興趣將探究進行下去，為最終建構出理論教學所需的知識做充分的準備。

(三)從把握探究的達成度來提高探究的有效性

在恰當?shù)臅r間獲得探究實驗的結果是提高有效性的重要因素。因此教師把握探究的達成度十分必要。一方面要以實驗設備等硬件做基礎;教師在精心設計實驗設備的同時，要切身地去體會一下，利用哪些設備要得到什么樣的探究結果，有針對性地設計好教學活動;探究設備過于簡單，學生們輕易地得到結論，不利于培養(yǎng)探究能力，也不能展現(xiàn)豐富的知識面;探究設備過于復雜，學生們面對它不知所措，會扼殺探究的興趣;我們設計了這樣的探究實驗運行方式，探究從學生們獨自可以掌控的實驗設備為入手點，得到了初步的探究結果后，再逐步深入。另一方面，以教師的知識儲備等軟件作保障，教師要恰當?shù)爻霈F(xiàn)在學生探究實驗過程中，指導到關鍵處，及時排解探究中出現(xiàn)的相關問題，保障學生的探究沿著解決“探究問題“的路徑進行下去，直至完成探究任務。

(四)從探究結果的交流中提高有效性

交流可以集思廣益，交流可以去除糟粕，取之精華。交流中有位同學介紹了他的工作，“提出的探究問題是:光柵縫數(shù)對衍射花樣擴展程度的影響?探究前的設想可能是縫數(shù)越多，衍射花樣擴展程度越大?探究結果顯示設想錯了，事實是縫數(shù)越密，擴展程度越大”交流中看到了探究的成效。探究初始學生們提的問題是:怎樣能夠看到單縫衍射圖樣?如何產(chǎn)生白光透射光牛頓環(huán)干涉條紋?探究深入下去時，同學們的問題是:如何判斷邁克爾遜干涉儀兩塊反射鏡嚴格垂直?擴散的激光和鈉光產(chǎn)生的圓環(huán)條紋的差別?通過四分之一波晶片的光是什么樣的光?通過交流，在教師指導下定性地建構出各個部分系統(tǒng)的知識，如:光的干涉現(xiàn)象探究之后，通過交流，分別建構出分波面法雙光束干涉光強分布與兩光源距離、光源到屏的距離及波長的大小等之間的關系;等傾干涉中得到干涉原理、兩束光的光程差與干涉環(huán)間距及干涉環(huán)運動方向間的關系等;交流的結果，在學生們的頭腦中對光學理論的各個部分建立起一個較完整的感性認識，達到了探究實驗的目的。

三、結 語

在光學課程的教學中應用探究式教學模式，探究實驗是前提，探究實驗的有效性是關鍵，提高探究實驗的有效性可以在實驗內(nèi)容及設備的設計上、在探究實驗過程進行中及實驗結果的交流上做細致的工作。在這樣的教學過程中，師生要共同努力，才能構建一個具有探究性，自主、合作性，建構性及交流性的有效課堂。

［1］孫毅，石玉梅.關于提高電工探究實驗有效性的思考［J］.教學研究，2009(7)::90-91.

［2］周玉芝，周業(yè)虹.以探究度設計為切入點，培養(yǎng)學生的探究能力［J］.教育探索，2009(6):24.

［3］傅玲，何新鳳.探究式教學在力學課程中的實踐［J］.教育與職業(yè)，2012(3):148-150.

［4］王小曼，王較過.物理教學中提出問題能力的培養(yǎng)［J］.陜西師范大學學報，2006(6):204.

［5］徐學福.探究問題的內(nèi)涵及其形成［J］.教育科學研究，2004(11):36-39.

［6］徐學福.美國《國家科學教育標準》中的探究［J］.外國教育研究，2003(3):50-55.

［7］馬勇軍，駱紅山.對探究教學幾個問題的反思［J］.教育探索，2007(1):39-40.

［8］路峻嶺.物理學演示實驗教程［M］.北京:清華大學出版社，2005.

［9］何光宏，韓忠.大學物理實驗探究式教學的思考［J］.實驗室研究與探索，2011(7):292.