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如何改善波動(dòng)光學(xué)教學(xué)方法研析論文
牛頓根據(jù)光在三棱鏡中分成七種顏色的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了光是由微小粒子構(gòu)成的光的粒子性說法。以后人類都在不斷地探索有關(guān)光的本質(zhì)問題。雖然人類很早以前在自然界中發(fā)現(xiàn)了光的衍射概念，但是無法用光的粒子性說法解釋光的衍射問題。1805年英國科學(xué)家托馬斯·楊根據(jù)光的雙峰實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了光的波動(dòng)性說法，1815年法國物理學(xué)家菲尼爾也提交了光的衍射實(shí)驗(yàn)論文，從此以后這兩位科學(xué)家齊心協(xié)力，為波動(dòng)光學(xué)的發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)。
波動(dòng)光學(xué)是光學(xué)課程中的重要組成部分，波動(dòng)光學(xué)內(nèi)容中有光的干涉，光的衍射和光的偏振等內(nèi)容。它們之間互相緊密聯(lián)系，光的干涉和衍射都是由光波的相干而產(chǎn)生的光波現(xiàn)象，它們也具有異同點(diǎn)。教學(xué)中學(xué)生很難區(qū)分光的干涉和衍射現(xiàn)象的條紋分布特點(diǎn)，發(fā)生亮暗條紋條件。另外，光的干涉和衍射又分成很多種類，這也是教學(xué)中的難點(diǎn)。為提高教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容，要對(duì)教學(xué)方法作進(jìn)一步改進(jìn)。
因?yàn)楣獾母缮妫苌浜推窀拍畹葍?nèi)容既復(fù)雜，彼此之間又緊密聯(lián)系，具有共同的教學(xué)系統(tǒng)(特別是光的干涉和衍射)，學(xué)生無法通過做實(shí)驗(yàn)觀察到其本質(zhì)現(xiàn)象。所以課前，教師必須準(zhǔn)備多媒體教學(xué)課件，F(xiàn)ILASH動(dòng)畫，演示實(shí)驗(yàn)儀器，教學(xué)視屏等豐富的教學(xué)資源，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)為學(xué)生創(chuàng)造有利的課堂教學(xué)環(huán)境。
大部分光學(xué)教材中將光的干涉，衍射和偏振分成三章內(nèi)容，首先安排光的干涉和衍射內(nèi)容，然后安排光的偏振概念，這三章內(nèi)容緊密聯(lián)系，所以教學(xué)中應(yīng)注意讓學(xué)生了解內(nèi)容之間的聯(lián)系和共同的教學(xué)系統(tǒng)(比如說光的干涉和衍射概念都討論發(fā)生亮暗條紋條件，分類和應(yīng)用)，以利于學(xué)生理解內(nèi)容。
光的干涉和衍射現(xiàn)象都是由光波的相干而產(chǎn)生的光的波動(dòng)性現(xiàn)象，教師在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生深入了解什么叫波的疊加，光波的相干和發(fā)生相干的條件等基礎(chǔ)知識(shí)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)教學(xué)中必須要利用FILASH動(dòng)畫等教學(xué)手段，理論聯(lián)系實(shí)際給學(xué)生講解教學(xué)內(nèi)容(比如說發(fā)生波的相干條件，如果沒有這個(gè)條件也發(fā)生波的相干，那就同時(shí)不可能傳播幾千種波動(dòng))，以吸引學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容興趣。
光的干涉現(xiàn)象分成分波面干涉和分振幅干。分振幅干涉又分成等厚干涉和等傾干涉，一般光學(xué)課程教學(xué)中首先學(xué)習(xí)楊氏雙峰干涉，然后學(xué)薄膜干涉，牛頓環(huán)，邁克爾遜干涉儀，半波損失概念和干涉現(xiàn)象的應(yīng)用等內(nèi)容。這些內(nèi)容多而分散，并且公式也多。所以教師首先讓學(xué)生理解光的干涉概念分類，干涉現(xiàn)象的應(yīng)用，教學(xué)循序，教學(xué)步驟，教學(xué)手段，教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)難點(diǎn)等，有利于促進(jìn)學(xué)生的理解能力，提高學(xué)習(xí)的積極性。
光的干涉教學(xué)內(nèi)容包括光的雙峰干涉，勞埃德鏡干涉，菲尼爾雙面鏡干涉，等傾干涉，等厚干涉和干涉現(xiàn)象的應(yīng)用等內(nèi)容。學(xué)生初學(xué)這些內(nèi)容時(shí)普遍感到內(nèi)容分散，公式多，推導(dǎo)公式過程復(fù)雜，都是一些虛擬概念，幾乎沒有什么實(shí)際應(yīng)用。所以教學(xué)中，教師應(yīng)該科學(xué)地分析每一章節(jié)的內(nèi)容，利用豐富的教學(xué)課件，多媒體教學(xué)視屏，F(xiàn)ILASH動(dòng)畫，演示實(shí)驗(yàn)儀器，創(chuàng)造豐富的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。其二，教學(xué)中為避免學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生一種虛擬概念，學(xué)這些內(nèi)容幾乎沒有什么實(shí)際應(yīng)用的看法，教師應(yīng)重視利用豐富的教學(xué)資源給學(xué)生講解教學(xué)內(nèi)容，特別是光波的相干和相干條件等問題，理論聯(lián)系實(shí)際講解每一節(jié)內(nèi)容，讓學(xué)生多了解一些光的干涉現(xiàn)象的應(yīng)用，教學(xué)中以多做習(xí)題鞏固理論知識(shí)，適當(dāng)利用演示實(shí)驗(yàn)儀器，讓學(xué)生親眼看到干涉現(xiàn)象。
光的衍射概念是波動(dòng)光學(xué)重要組成部分，波動(dòng)光學(xué)是教學(xué)難點(diǎn)，光的衍射教學(xué)內(nèi)容包括光的衍射現(xiàn)象，惠更斯菲尼爾原理，夫瑯禾費(fèi)單縫衍射，光柵，光柵光譜，夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射等內(nèi)容。
筆者認(rèn)為相對(duì)光的干涉概念教學(xué)而言，光的衍射概念教學(xué)難點(diǎn)多。光的衍射概念教學(xué)難點(diǎn)就在于光的衍射現(xiàn)象的本質(zhì)問題，惠更斯菲尼爾原理，光柵和光譜等概念，雖然干涉和衍射現(xiàn)象都是由光波相干而產(chǎn)生光的強(qiáng)度均勻分布現(xiàn)象，光的干涉現(xiàn)象是幾列波互相相干問題，而光的衍射現(xiàn)象是入射光波長和障礙物限度可以比較的條件下，光波繞射障礙物而產(chǎn)生的現(xiàn)象，從波動(dòng)性本質(zhì)來討論問題，光的衍射現(xiàn)象是入射光繞射障礙物過程中波谷與波谷，波峰與波峰，波峰與波谷互相疊加而產(chǎn)生的強(qiáng)度均勻分布現(xiàn)象。對(duì)光的衍射概念教學(xué)而言，讓學(xué)生理解衍射現(xiàn)象的波動(dòng)性本質(zhì)問題，惠更斯菲尼爾原理是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。教師應(yīng)先給學(xué)生講解光的衍射概念的波動(dòng)性本質(zhì)，電磁波，聲波等也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，有利于促進(jìn)學(xué)生理解內(nèi)容，讓學(xué)生理解衍射概念在生活中的應(yīng)用，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
另外，光的衍射內(nèi)容教學(xué)中注意選擇適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)方法是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。如按照教學(xué)大綱進(jìn)行教學(xué)，但相對(duì)各節(jié)內(nèi)容難點(diǎn)不同(比如說光柵，光柵光譜，夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射等內(nèi)容)，教師選擇教學(xué)方法，確定教學(xué)難點(diǎn)和有些內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)時(shí)應(yīng)科學(xué)的分析學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)，教學(xué)條件等因素，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整有些難點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)，要注意教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜性，教法不適合教學(xué)對(duì)象實(shí)際等原因。避免學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)為內(nèi)容很復(fù)雜，學(xué)也學(xué)不進(jìn)去或者不想學(xué)等消極情緒的產(chǎn)生。
根據(jù)光的衍射現(xiàn)象教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，應(yīng)用性強(qiáng)，理論聯(lián)系實(shí)際過程很復(fù)雜和做習(xí)題難等特點(diǎn)，教師教學(xué)中必須要充分利用豐富的教學(xué)資源，要重視提高教學(xué)效果，利用現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備，教學(xué)軟件，動(dòng)畫，教學(xué)視屏，演示實(shí)驗(yàn)儀器等教學(xué)手段創(chuàng)造豐富教學(xué)環(huán)境，嚴(yán)格避免教學(xué)手段和教法單一，課堂內(nèi)以豐富的教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生理解理論知識(shí)，以多做習(xí)題和組織討論課，重視培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力和鞏固理論知識(shí)。
根據(jù)光的干涉和衍射現(xiàn)象都是由滿足相干條件光波的疊加而產(chǎn)生光強(qiáng)均勻分布現(xiàn)象，但是它們實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)生條件和光強(qiáng)分布特點(diǎn)等方面有很多區(qū)別，為避免學(xué)生分不清干涉和衍射現(xiàn)象的異同，教學(xué)中教師應(yīng)給學(xué)生仔細(xì)解釋它們之間的異同，讓學(xué)生深入了解并區(qū)分開光的干涉和衍射現(xiàn)象。
光的干涉和衍射現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性性質(zhì)，人類為進(jìn)一步研究光波是縱波或者橫波研究光的偏振狀態(tài)，光的偏振概念有光的橫波性，偏振光與自然光，偏振片，馬呂斯定律，布儒斯特定律，品體雙折射，偏振光的干涉，人土雙折射和旋光現(xiàn)象等內(nèi)容，光的偏振內(nèi)容教學(xué)相對(duì)光的干涉和衍射教學(xué)內(nèi)容而言比較簡單，但是這些內(nèi)容對(duì)數(shù)學(xué)水平要求相對(duì)高，立體性思維要求較強(qiáng)，應(yīng)用性強(qiáng)。針對(duì)光的偏振狀態(tài)多和區(qū)分偏振狀態(tài)過程比較復(fù)雜等特點(diǎn)，教師教學(xué)中應(yīng)根據(jù)內(nèi)容和教學(xué)對(duì)象特點(diǎn)，科學(xué)的選擇教學(xué)方法，充分利用演示實(shí)驗(yàn)儀器，理論聯(lián)系實(shí)際開展教學(xué)，重視培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和觀察能力，以多做課內(nèi)外習(xí)題，組織學(xué)生課堂內(nèi)討論，鞏固理論知識(shí)，布置作業(yè)題測(cè)試學(xué)生水平，利用教學(xué)課件，教學(xué)視屏和動(dòng)畫課件等直觀教學(xué)手段促進(jìn)學(xué)生理解光的偏振現(xiàn)象的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生思維能力。
從以上波動(dòng)光學(xué)教學(xué)特點(diǎn)可以看出，波動(dòng)光學(xué)的教學(xué)方法中凝結(jié)著現(xiàn)代教學(xué)的先進(jìn)教學(xué)方法，所以教學(xué)前應(yīng)準(zhǔn)備豐富的教學(xué)手段和教學(xué)資源，要求授課教師具有豐富的令業(yè)知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
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