探究物理的教學改革舉措

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1提高學生實驗預習的針對性

在以往與學生的交談中了解到，有一部分學生進實驗室之前根本就不進行預習；一部分同學雖說是提前預習了，但上課時會發現他們根本就沒明白實驗設計原理；還有一部分同學只預習明白了其中一部分，但仍然影響課上正常進行。為了督促學生很好地進行預習，我們在正式上課前一周把實驗卡片發給學生，實驗卡片包括以下內容：思考題、實驗內容及數據處理、注意事項、評分標準等。其中思考題的設置主要是為了提高學生預習的針對性，抓住實驗設計核心和實驗要點。同時，為了調動學生的積極性，要求學生進實驗室之前把這些思考題回答在預習報告上。為了避免部分同學完全不進行預習就來做實驗，在課堂上抄寫實驗預習報告，我們還要求學生一進實驗室就即刻提交實驗預習報告。對于雙光柵法測微弱振動位移量實驗，我們設計的思考題如下：

（1）微弱振動的振幅如何獲得？

（2）本實驗中如何得到拍頻波？其拍頻大小由什么決定？

（3）激光器射出的激光波長為635nm，由此可知其頻率為多少？能直接探測嗎？若不能，怎么解決？

（4）為什么要使用光拍？形成光拍的條件是什么？（理論上）

（5）如何判斷動光柵與靜光柵的刻痕已平行？

（6）作外力驅動音叉諧振曲線時，為什么要固定信號功率？測量時首先要找到音叉的什么頻率？如何找？

2圍繞思考題分小組討論

學生獨立進行實驗預習時，思路上總會有一定的局限。往往可能因搞不懂某些小知識點阻礙實驗預習的正常進行。所以，我們在正式上課時，首先將學生分成兩組（每組5名學生），思考題分成兩部分，每組負責一部分，討論20分鐘并給出思考題的答案。這樣做不僅發揮了學生的自主性，還增強了學生的團隊合作意識。同時，也可以使極少數沒有預習的同學也略學到一些。

3提問＋提示引導的方式使學生明確實驗思路

有相當一部分同學為了完成實驗來做實驗，總是著急做實驗，一遇到問題就叫老師幫忙，而不去認真思考，不設法自己解決。還有，學生在實驗時總是不能將理論課中所學知識靈活地運用到實驗中來，這是一種普遍現象。所以在學生自己動手實驗前，我們采取了以下教學環節：明確理論上要達到什么目的，借助什么實驗器件可以達到此目的，理論和實驗器件的結合最終如何達到目的。下面仍以雙光柵法測微弱振動位移量實驗為例展現具體過程。從實驗題目來看的話，提問學生最終要得到哪個物理量？大部分學生可以回答出來：音叉振動的振幅。提示學生，要測量的是長度，有什么獲得辦法？學生會提出用刻度尺、游標卡尺等。再引導學生觀察音叉振動的特點。音叉振動的幅度很小，肉眼完全無法分辨，而且振動的位置時刻在變化，教師否定這種方法。那怎么辦呢？再提示學生我們是綜合設計實驗，可以考慮力學、光學、電學等方法。再看實驗題目，學生會說出利用雙光柵法。新的問題出現：什么是雙光柵法？這時要帶著學生一起復習光學中所學知識———光柵。首先回憶光柵的結構，從單縫衍射、雙縫干涉的衍射圖樣，猜想光柵的衍射圖樣。同時，利用教學器件激光筆演示激光通過一光柵后投影在墻上的衍射圖樣，與分析結果比對，直觀明了。學生清楚了光柵的概念后，說明雙光柵即是一動一靜兩光柵，其中動光柵貼在音叉上隨音叉一起振動。再緊接著提問：為什么要用雙光柵法？這時學生一般會不知所措，提示從光的頻率方面考慮。已知實驗激光波長，提問學生激光頻率大小在什么量級。提供給學生儀器價格信息，比如Agilent公司幾個GHz的示波器價格在百萬元左右，直接探測激光這么高頻率的光非常困難，而且儀器造價昂貴。此方法行不通。進一步提示學生，現在光頻率太高了，簡單的想法是降低頻率，這時再讓學生觀察我們實驗提供的示波器能探測的頻率，隨便告訴學生這個儀器只需要幾千元左右，實驗成本大幅降低。又一新問題出現：怎么降低？部分學生能說出光拍法。這個時候類比音拍的概念，來講解光拍。根據波的疊加原理，得出獲得強的光拍信號的理論及實驗條件：利用一動一靜兩光柵得到同方向傳播、且頻率相差很小的兩列光波的疊加。

數學推導得出動光柵的振動速度與光拍頻率的關系：ωd＝2πvd，其中ωd是光拍圓頻率，v是動光柵振動速度（也即音叉振動速度。），d是光柵密度。即F拍＝ωd2π＝vd＝v·n0，其中n0＝1d為光柵密度。這樣力學量v和光學量F拍之間搭起了橋梁。學生熟知音叉振動的振幅與音叉振動速度的關系：A＝12T／20v（t）dt＝12T／20F拍（t）n0dt＝12n0T／20F拍（t）dt。引導學生從頻率的基本定義出發分析積分結果所代表的物理意義：半個音叉振動周期內光拍拍頻波的個數（借助示波器！）。在學生清楚了音叉振幅的測量方法后，再來回顧振動的知識，即音叉振動的特點。提問學生音叉振動屬于簡諧振動、阻尼振動、受迫振動等中的哪一類振動？學生能夠正確回答：受迫振動。提問學生哪些因素影響受迫振動的振幅？如何影響？利用蕩秋千、共振引起橋梁斷裂等例子引導學生找到答案：策動力的大小和頻率，且固定策動力頻率時，策動力越大，振幅越大；固定策動力大小，改變策動力頻率，共振時，振幅最大，此時策動力頻率接近固有頻率，遠離固有頻率時，振幅迅速減小。所以在研究音叉振動的諧振曲線時，考慮的是策動力頻率對音叉振動振幅的影響，此時應固定策動力大小。但是前提是選擇好合適的策動力大小，若策動力太大，半個音叉振動周期內光拍拍頻波的個數太多，眼睛無法分辯。若策動力太小，振動太微弱，無法研究振動。要研究諧振曲線，最簡單的方法是找到共振點，提問學生怎么找？這時實驗儀器是打開的，讓學生靜下來注意聽音叉發出的聲音。引導學生說出音叉發出的聲音和音叉振幅的關系。學生明白了找共振點的方法是聽聲音。這時進一步提問我們人耳能準確地分辨出哪個聲音最大嗎？學生會說不能，那怎么辦？再回到計算振幅的公式，學生會恍然大悟，示波器上半個音叉振動周期內光拍拍頻波的個數最多時，對應的即是共振點。最后，和學生一起總結實驗思路：

（1）調整光路，經光電轉換器后在示波器上觀察到強的光拍信號；

（2）尋找音叉振動的諧振點，調整音叉功率和頻率，聽音叉聲音，并借助示波器。

（3）測量完整的諧振曲線，此時固定音叉功率。隨后學生自己整理思路，自己獨立動手完成實驗。

4對部分學生進行進一步指導

按步驟3討論完實驗思路后，由于學生個體的差異，相當一部分同學還是有很多不明白的地方。這時再單獨指導。了解學生的問題，搞清學生的問題出現在哪里。先讓學生從理論上找出答案，然后再讓學生尋找具體哪個或哪些實驗儀器部件可以達到目的。而不是直接告訴學生結果。這個環節學生起主導作用。

5實驗報告

中對實驗步驟的要求為了督促學生對實驗操作過程進行回顧，我們特別要求在實驗報告上詳細寫出實驗步驟。學生在完成這一部分的過程中有時會發現操作過程中的重大失誤。教師在批閱實驗報告時也能從這一部分及時發現學生的問題，引起學生對細節問題的關注，培養全面良好的實驗習慣和能力。同時這一要求還可以加深學生對實驗設計思路的認識。

6實驗報告中對實驗數據處理的要求

實驗報告中要求將實驗原始數據進行整理列表，反復要求學生標明物理量、單位及有效數字，培養良好習慣和嚴謹的科學態度，為以后教學和科研工作打基礎。要求利用Excel、Origin等軟件進行作圖，培養學生計算機處理數據的能力。這一教學方法是在對三屆學生的教學過程中逐漸摸索出來的，受到了較好的效果，具體體現在教學評估成績的提高：第一屆學生給教師的教學評估成績為92．03，第二屆學生給教師的教學評估成績為94．27，第三屆學生給教師的教學評估成績為94．41。當然，綜合設計性實驗與大學生創新能力的培養不是幾個實驗就能完成的，是一個復雜的系統工程，只有每一個教育工作者都積極參與行動起來，從教學工作的一點一滴做起，才能真正達到培養學生創新能力的目的。此外，在以后的教學中還需要根據學生具體情況相應調整和改進教學方法。

作者：董巧燕 劉偉健 劉維 王福合 尹曉冬 施宇蕾 單位：首都師范大學