大学物理波面双光束干涉教学案例研究

刘凤凤,张娥

武警警官学院

摘要

大学物理课程作为理工类专业开设的一门重要的专业基础课，采用案例式教学能够很好地实现教学目标。本文以波面双光束干涉教学为案例，从案例教学的基本原则、教学实施的过程与经验、实施的成效等方面探讨了案例式教学在大学物理教学中的应用与实践过程，为提高学生的科学素养、创新能力、实践动手能力提供了新的思路。

关键词：大学物理 教学案例 波面双光束干涉

一、引言

随着越来越多高校向应用型转型，如何真正提高学生的知识应用能力成为教学改革的重中之重，而大学物理课程作为理工类专业开设的一门重要的专业基础课，教学改革尤为重要[1]。应用案例式教学法就能够很好地达成大学物理课程的教学目标。案例式教学法最早在美国受到推崇，现在广泛流行于世界各国教育界。这种教学法需要挑选生产生活中的案例，引导学生思考，遵循“发现问题、建立模型、解决问题、归纳得出结论”的过程，提高学生的学习积极性，使学生在思考中学到知识，并且增强学生分析问题、解决问题、归纳总结、理论联系实际的能力，对于提高学生的知识应用能力很有好处[2]。

二、教学案例的基本原则

（一）知识高度相关性

案例须与教学大纲的知识点高度相关，这些案例最好能对大学物理课程的知识点重新进行梳理，揭示知识点产生的背景，努力重现物理学家的发现过程，展示问题的发现、解决、归纳、质疑、完善的过程[3]。让学生学会创造性思维，能够打破常规，突破传统观念，具备敏锐的观察力和丰富的想象力，从而使思维具有一种“超前性”。

（二）案例对接实践性

案例的选择还要考虑其实现的技术难度、经济性、实现案例所花费的时间等。案例难度太低就无法达到提高学生解决问题能力、创新思维能力的目的；难度过高则会打消学生的积极性[4]。理工科的案例尤其需要注意可操作性。每个案例都需要仔细构思，并在教学过程中不断磨合、丰富、完善，力争做到理论联系实际，锻炼学生解决问题的能力、创新思维的能力。

（三）教学模式多样性

教学方法要与所选择的案例相适应。根据知识点和教学目的，创新不同的教学方法，如微信教学、二维码教学、视频弹幕教学等，也可以采用情景法等引出问题，引起学生的探究欲望，再采用驱动式教学，不断提问引导，充分开展课堂讨论，研究问题，最终解决问题。教师多问多变，让学生发散思维，不依常规，寻求变化，从多方位、多角度寻求答案，它可以使学生的学习过程自然地变成学生发现问题、分析问题、解决问题的过程。

三、波面双光束干涉教学案例的过程与经验

（一）教学目标

1.价值目标:

1)培养学生学会质疑批判、创造探索的科学精神;

2)培养学生的团队协作及沟通能力。

2.知识目标:

1)掌握分波面双光束干涉的原理;

2)了解光的干涉在前沿、生活中的应用。特别是需要了解到，在军事领域，光干涉式气体检测仪是气体浓度检测和控制系统必不可少的主要设备，不仅如此，光的干涉现象还常用于军事精密器件表面光洁度以及加工重量的检测。

3.能力目标:

1)探究合作能力、动手实践能力;

2)引导学生进行主动学习和深度学习，培养创造性思维;

3)培养学生归纳总结能力。

（二）案例教学设计思路

通过“问题引领、兴趣驱动、协作探究”，将教学中的“知识形态”转化为“问题形态”，再将“问题形态”转化为“方法形态”，最后将“方法形态”转化为“教学形态”。使学生在发现问题、分析问题、解决问题的过程中，培养物理思维，掌握基本理论，提升创新能力。即在本节课的过程中，引导学生通过之前学过的知识，对分波面的双光末干涉进行深入的研讨。“如何通过分波面得到可以干涉的两束光”的问题，在小组探究和团队协作下，给出间题的分析和解答。

（三）案例教学采取方式

聚焦物理学科的基本思维方式、基础理论知识和实验探究能力，通过对传统教学理念、目标、内容、方式及评价的批判反思与创新探索，构建与实施了问题导向的物理教学模式(PPBL)--问题引领、兴趣驱动、协作探究、多元评价，将物理学的“知识形态”转化为“问题形态”，再将“问题形态”转化为“方法形态”，最后将“方法形态”转化为“教学形态”使学生在发现问题、分析问题、解决问题的过程中，培养物理思维，掌握基本理论，提升创新能力。

PPBL(Physics Problem Based Leaming)教学模式改革主要在核心理论课程及其相关实验课程中实施。“问题引领”是指根据课程内容的性质和特点，凝练和遴选物理学的溯源问题、现象问题或前沿问题；“兴趣驱动”是指在“问题引领”的基础上，通过问题的重要性和解决问题带来的成就感、问题的趣味性和探索问题带来的愉悦感体现学科的内在魅力，充分激发学习兴趣;“协作探究”是指按理论与实验内容紧密结合的教学专题、基于问题选择和个人兴趣组成团队，学生由被动的接受者转变为主动的学习建构者:“多元评价”是将注重过程的发展性评价与注重结果的总结性评价相结合，教师评价、学生自评、学生互评相结合。

（四）案例教学过程经验

1:问题回顾:1)两末光干涉的光强分布。2)分波面干涉的装置有哪些?

学生分组讨论后到黑板给出本组的回顾情况。

2:教师活动:1)对学生分组讨论的结果进行分析和点评。

2)提出问题:杨氏双缝干涉条纹与哪些因素有关? 3)启发学生思，如何求解光程差?

4)教师梳理总结，给出光程差的表达式。5)引导学生继续进行深入分析，谈论将一般模型简化后的光程差的求解。

3:学生活动：学生分组讨论并展示，给出空气中的与实验装置相关参数有关的光程差表达式。

4:教师活动：1)教师点评分组讨论情况2)继续给出引导启发学生思考的问题:在实验中看到的条纹是无穷多吗?为什么?

3)教师引导学生梳理、归纳、总结给出条纹宽度与哪些因素有关?

4)继续引导给出:通过条纹测量光源波长的测量原理。5)继续引导给出:干涉反比定律。

6)继续引导学生思考:如果光源是复色光(如太阳光)，干涉条纹间距如何?条纹如何分布?

7)总结，无论哪种分波面干涉装置，只要找到相干的两束光之间的光程差，干涉问题就迎刃而解，培养学生的归纳总结能力。

四、结语

综上所述，教学案例一般是基于知识点的课程重难点、重要原理的工程技术应用和其他拓展内容。因此基于教学案例进行的教学设计可以使课程更具有针对性和适用性，使物理教学具有很好的应用价值。这种教学法以学生为主体，能够让其主动思考学习，锻炼了学生分析问题、解决问题的能力，也提高了学生的物理思维能力、科学素养、创新能力和实践动手能力，教师采用案例式教学法能较好地实现教学目标。

参考文献

[1]董春颖,孙光兰,李永辉.以案例教学为特色的大学物理授课和翻转课堂的教学模式探析[J].北华航天工业学院学报,2022,32(03):41-43+47.

[2]吴王杰,杨军.融合教学案例 建设一流大学物理教材[J].中国大学教学,2020(06):94-96.

[3]刘协权,倪新华.军队院校大学物理教学突出“军味”的案例剖析[J].物理与工程,2019,29(04):35-38+42.

[4]陈真英,谢冰,杨昌亿,覃赵军,梁祚盈.应用型本科视角下大学物理案例教学的实效价值研究[J].高教学刊,2018(20):84-86.