透视“光的干涉”本质一节新授课

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随着物理微观尺度的发展，经典物理已经不能满足当代物理技术的发展，微观物理成为近代物理发展的主力军.光的干涉是波动力学的重要组成部分，是“光的本性”一章的重点、难点，更是学生第一次正式建立微观的物理体系的开端，在高中整个物理教学中具有举足轻重的作用.由于光的波动性的极度抽象特征，仅通过生硬的实验观察、数学推理大多学生很难理解光的干涉的知识内涵.有鉴于此，生态化的视角提出了透视实验本质的教学设计，以期对“光的干涉”实验教学的改进有所裨益.

1 问题的提出

人教版教材“光的干涉”实验安排在明暗条纹分布规律之后，实验之前学生已学习了光程差、相干波等基本概念.传统光的干涉实验教学中教师惯于借助数学方式推导，得出干涉实验测波长公式，最后通过实验的具体操作训练学生动手操作能力，加深物理规律的理解.然而真正的教学实施中并未产生预期的效果，一方面双缝干涉测波长的实验原理推导中，以习题的形式向学生展示，禁锢了学生的思维，未经历整个探究过程学生很难体会到数据处理时的双重近似，不注重光的干涉实验教学的生态化，导致教学外部效度不高等缺陷.另一方面，波长测量公式讲解后，教材试图仅通过选用实验观察的方式加深学生对光的干涉测波长的认识，并未指出“干涉”实验的本质，学生在做题过程中仅靠机械式记忆来解决问题，往往缺乏对问题的实质性的理解.没有相关的物理意义做支撑，公式苍白缺乏厚重感，学生只能凭借机械式记忆，解题过程中干涉公式用错不在少数.

2 溯本求源透视实验本质

无论是部分教师还是学生，之所以对波长求解的定量推导的双重近似产生疑问，关键原因在于未曾深入分析认知干涉原理.针对以上教学中出现的问题，我们以原始物理问题为问题的起始点，希冀凭借原始物理问题，透视光的干涉实验本质.

2.1 原始物理问题理论推导

学生通过上节课的学习，定性掌握了干涉规律即：两缝发出的波到屏的路程差是半波长偶数倍时，屏上出现叠加加强区，光能量较强，屏幕出现亮条纹.此时教师应向学生提出这样的问题：如何利用光的双缝干涉，测量单色光的波长？定量推出一个表达式 .光的干涉规律的探究激发了学生求知的欲望，原始物理问题的提出促进学生意义学习的进一步升华.这是一道典型的原始物理问题，由于没有提供任何数据，学生要想解决此原始物理问题，需要在理解物理本质基础上，在自主建立恰当的模型，设置数据给予解答，具有很强的生态性.

光波不同于机械波，光的波动性很难直接用眼睛观察到，学生前概念中并不认同光是一种波，而双缝干涉实验恰恰改变了这一弊端.波长是一个微小量，直接用现有的实验仪器很难测量出其长度值，通过光的干涉实验不仅展示其波动性，更将光波波长这一微小量放大，我们达到测量光的波长的目的.

3 教学启示

通过以上两个过程，将生态化的光的干涉情景全面地呈现给学生，继而，提出凸显物理知识结构，彰显光的干涉的物理学本质，适合学生认知发展水平的教学设计，归结上述教学设计，我们总结以下两点启示.

3.1 完美诠释光的干涉教学的生态化

物理教学中强调在真实、自然的情境中研究物理规律，这种真实情景既不局限于严密的数学推演也不局限于习题集，而是将原滋原味的物理情景展现给学生.传统教师进行光的干涉物理知识的建立时，未能充分捕捉学生学习的难点，面对庞杂的物理系统，学生很难将光的干涉知识内化.我们知道，波长是一个微小量，光的干涉的过程是微观机制的变化过程，学生很难对抽象干涉有感性的认识，干涉现象中，通过引入光的干涉测波长的原始物理问题提出，给学生创造了一个真实鲜活的物理情景，学生相互讨论，进行求解，在此过程中经历物理问题的抽象、赋值、将整个数学过程进行抽象近似，充分调动了学生的积极性，完美诠释了物理教学的生态化，保证物理教学较高的外在效度及较高的应用价值.

3.2 深刻把握光的干涉实验的本质

我们知道，人们对物理问题的认识总是在观察、实验的基础上，再经过一系列的科学抽象，从现象深入到本质，从感性上升到理性，最后形成物理理论.很多光的干涉的实验仅停留在演示实验阶段，只起到了直观教学的作用.然而真实的实验教学中不仅应该向学生讲清楚整个实验的原理，更应该向学生讲清楚为什么要做这个实验，以及这样的实验设计有什么样的好处.光的干涉实验不仅要从视觉现象上给学生以直观的感受，还要对实验结果给与解释，通过明暗相间条纹的实验观察，干涉条纹形成的微观机制被着意放大，降低了学生空间思维的难度，培养了学生的空间想象能力，使光的干涉机制与干涉条纹规律得以恰到好处地链接，达到微观机制到宏观实验现象的完美过渡，精致关照了学生思维内化的过程.学生通过把握物理内涵，继而深刻理解光的干涉实验的本质.