邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用教學(xué)設(shè)計(jì)探析

摘 要：邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光學(xué)部分必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，其實(shí)驗(yàn)原理復(fù)雜，操作煩瑣，學(xué)員理解和掌握其內(nèi)涵存在一定難度，而且實(shí)際教學(xué)效果與教學(xué)目標(biāo)有差距。為了達(dá)到大綱要求的教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)一步提高我校學(xué)員對(duì)該實(shí)驗(yàn)的掌握程度，筆者通過(guò)不斷摸索和改進(jìn)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)，僅供同行參考。

關(guān)鍵詞：邁克爾遜干涉儀；教學(xué)效果；教學(xué)目標(biāo)；教學(xué)設(shè)計(jì)

邁克爾遜干涉儀是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉的精密光學(xué)儀器，在光學(xué)和近代物理的計(jì)量技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。利用邁克爾遜干涉儀測(cè)光波波長(zhǎng)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一。筆者與同行交流發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中力、熱、磁等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，光學(xué)實(shí)驗(yàn)在講授和學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題最多，實(shí)驗(yàn)原理不容易理解和掌握，教學(xué)效果與教學(xué)目標(biāo)存在差距。同時(shí)，按照我校舊的教學(xué)大綱，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)需要在第二學(xué)期秋季完成，而大學(xué)物理理論課有關(guān)光學(xué)知識(shí)的講授也安排在第二學(xué)期秋季，且講到光學(xué)部分時(shí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)即將結(jié)課。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)非常突出的矛盾，絕大部分學(xué)員在實(shí)驗(yàn)時(shí)根本沒(méi)有理論基礎(chǔ)，部分基礎(chǔ)好的學(xué)員雖然課前做了大量預(yù)習(xí)工作，但講課過(guò)程中學(xué)員配合度不夠，互動(dòng)性不強(qiáng)，迫使教員需要花費(fèi)大量時(shí)間補(bǔ)充理論知識(shí)，學(xué)員還不一定都能聽(tīng)懂。按照舊大綱要求，這一實(shí)驗(yàn)僅2學(xué)時(shí)，每次學(xué)員都是匆匆忙忙動(dòng)手操作，數(shù)據(jù)普遍存在誤差，操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)法得到及時(shí)解決，取得的教學(xué)效果并不理想。筆者通過(guò)不斷的摸索和改進(jìn)，找到了一個(gè)比較適合我校學(xué)員的教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、課前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)者來(lái)說(shuō)都非常重要。為了督促學(xué)員認(rèn)真預(yù)習(xí)，課前在召開(kāi)教學(xué)聯(lián)席會(huì)時(shí)下發(fā)紙質(zhì)版預(yù)習(xí)任務(wù)單，該任務(wù)單包括如下幾方面內(nèi)容：第一，查找資料，自學(xué)有關(guān)光干涉方面的相關(guān)知識(shí)；第二，掌握等傾干涉和等厚干涉產(chǎn)生的原因，正確分析等傾干涉和等厚干涉的異同；第三，了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)、使用方法及讀數(shù)方法、注意事項(xiàng)等；第四，學(xué)習(xí)用邁克爾遜干涉儀測(cè)激光波長(zhǎng)的方法；第五，觀看我校網(wǎng)絡(luò)課程有關(guān)本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的課程視頻，撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，帶著疑問(wèn)走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

二、課上實(shí)操

在課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)員來(lái)到實(shí)驗(yàn)室后按照PPT中的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，PPT中的實(shí)驗(yàn)步驟僅具有提示作用。期間教員觀察這一組學(xué)員的預(yù)習(xí)情況，確定后面的教學(xué)方法。

第一種情況，如果發(fā)現(xiàn)這一組學(xué)員在20分鐘左右大部分能調(diào)整出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的話，集中演示時(shí)就由一名較好的學(xué)員進(jìn)行教授。教員進(jìn)行補(bǔ)充，提出與理論相關(guān)的問(wèn)題及注意事項(xiàng)。教學(xué)方法以師生互動(dòng)討論式為主。由于大部分學(xué)員已經(jīng)觀察到了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，所以很愿意與教員配合，積極討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，個(gè)別沒(méi)有觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的學(xué)員也迫切想知道失敗的原因，積極思考尋找解決方法，課堂氣氛活躍、和諧，學(xué)習(xí)氛圍濃厚。在師生共同討論后，學(xué)員進(jìn)一步觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教員引導(dǎo)學(xué)員利用精密機(jī)械讀系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)。若問(wèn)題較多則給予第二次集中輔導(dǎo)，個(gè)別問(wèn)題單獨(dú)指導(dǎo)。教員最后預(yù)留15分鐘對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)，將實(shí)驗(yàn)原理、操作注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)處理方法等以提問(wèn)的方式共同分析討論，深入探討邁克爾遜干涉儀的改進(jìn)及擴(kuò)展問(wèn)題。

第二種情況，如果在20分鐘內(nèi)大部分學(xué)員沒(méi)有調(diào)整出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的話，集中演示時(shí)教員就是主體。教員應(yīng)依照PPT邊演示實(shí)驗(yàn)步驟，邊幫助學(xué)員理解每個(gè)步驟設(shè)計(jì)的原因，指出這里面又包含了哪些實(shí)驗(yàn)原理，以及利用精密機(jī)械系統(tǒng)讀數(shù)的方法、注意事項(xiàng)等。教學(xué)方法以講授為主。演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)教員可故意犯錯(cuò)，以引導(dǎo)學(xué)員分析錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因。大部分學(xué)員由于理解了實(shí)驗(yàn)原理及沒(méi)有觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，因此很樂(lè)意配合教員重新開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，直到觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，按要求記錄數(shù)據(jù)，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。教員最后預(yù)留5分鐘左右，對(duì)數(shù)據(jù)處理方法、課堂出現(xiàn)的情況加以分析。邁克爾遜干涉儀應(yīng)用的擴(kuò)展宜留在課后，以便學(xué)員寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)論里。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述教學(xué)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，課堂氣氛活躍，學(xué)員注意力都很集中，普遍反映沒(méi)想到這么復(fù)雜的光學(xué)實(shí)驗(yàn)自己能做得這么好。據(jù)大學(xué)物理理論課教員反映，學(xué)完本實(shí)驗(yàn)后，學(xué)員對(duì)光學(xué)干涉相關(guān)內(nèi)容的理解程度明顯高于其他內(nèi)容。同時(shí)，通過(guò)本學(xué)期的考試成績(jī)也可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)用上述教學(xué)方法取得的成果。2017年參加本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考試的80名學(xué)員，滿分30分，平均分25分。其中及格人數(shù)為72人，占總?cè)藬?shù)90%；30分人數(shù)33人，占總?cè)藬?shù)的41.3%。2016年參加本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考試的學(xué)員為90人，平均分為23分，其中及格人數(shù)為75人，占總?cè)藬?shù)的83.3%，30分人數(shù)為30人，占總?cè)藬?shù)的33.4%。結(jié)課時(shí)學(xué)員對(duì)授課教員的滿意度為100%。當(dāng)然，教無(wú)定法，以上教學(xué)設(shè)計(jì)僅是筆者自己的觀點(diǎn)，希望能與同行交流，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

作者簡(jiǎn)介：胡瑋通（1982— ），女，吉林長(zhǎng)春人，碩士研究生學(xué)歷，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：光信息科學(xué)與技術(shù)。