由编制“光的干涉”单元的教学标准引发的思考

2020-09-14 12:23:19 中学理科园地 2020年4期

林立灿 石睿 林清源

摘   要:本文以“光的干涉”为例,阐述高中物理教学标准制定的意义。教学标准是衔接纲领性的课程标准与具体化的课堂教学的可操作性指导文件。为了让体现国家教育意志的《高中物理课程标准》在具体教学中得到更好的贯彻和落实,为了保证高中物理的教学内容能最大限度地发挥出原本设计的教育功能,有必要针对每个模块、每一章节的内容制定相应的教学标准。

关键词:物理教学标准;光的干涉;核心素养

教育是一种社会工具,也是社会上层建筑之一。各个国家在不同历史发展时期会根据国家发展需要,结合教育教学规律提出自己的教育的纲领性文件,而各级各类的教育会依此进行相应的调整和改革,新一轮的各个学科的《高中课程标准》就是在我国“教育是立德树人、教育是为了发展学生的核心素养”等理念下产生的。

笔者认为《高中物理课程标准》(以下简称《标准》)作为高中物理教学的纲领性文件,是宏观的,而具体的教学过程是微观的。为了能让体现国家教育意志的《标准》在具体教学中得到更好的贯彻和落实,在宏观与微观之间应有一个可操作性的指导文件,这就是物理教学标准。

与此同时,高中物理教学的根本目的是以物理学科知识为载体,培养学生的能力,发展学生的核心素养。但物理知识体系的内容繁多,物理教育学家们根据对物理学科的理解与长期的实践研究,并结合高中阶段学生的身心特点,确定了可传授给高中生的物理知识内容。由于教学时间的制约,这些教学的知识点经典而精简。如何保证这些少量的教学内容能最大限度地发挥出原本设计的教育功能?我们也必须针对每个模块、每一章节的内容制定相应的教学标准。

以下笔者以“光的干涉”为例,具体阐述教学标准制定的意义。

1  “光的干涉”教学内容的教学地位

光的干涉属于近代物理知识。从光的干涉到薄膜干涉,无数物理科学家、工程技术人员为之研究和创新所保留下的经典素材成为我们高中物理教学的精彩内容。这其中所包含的物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任都是培养学生科学素养时不可多得的素材。

杨氏双缝干涉实验在物理学发展史的贡献是不可磨灭。英国医生兼物理学家杨氏(Thomas  Young,1773-1829年)原来是学习医学的, 21岁时即以他的第一篇医学论文成为英国皇家学会会员。为了进一步深造,杨氏到爱丁堡和剑桥继续学习,后来又到德国格廷根去留学。在那里,他受到一些德国自然哲学家的影响,开始怀疑起光的微粒说。1801年,杨氏出版了《声和光的实验和探索纲要》。在书中杨氏向牛顿权威提出挑战:“尽管我仰慕牛顿的大名,但是,我并不因此而认为他是万无一失的。我---遗憾地看到,他也会弄错,而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”同年,杨氏进行了著名的杨氏超干涉实验。为光的波动说的复兴奠定了基础[ 1 ]。

2  “光的干涉”教学单元在高中物理教学中的内容体现

2017年版《高中物理课程标准》,将这部分内容放在选择性必修1中,在《标准》中的有关叙述如下[ 2 ]:

观察光的干涉、衍射和偏振现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用。知道光是横波,会用双缝干涉实验测量光的波长。

例1  演示双缝干涉和单缝衍射现象,观察双缝干涉和衍射图样,并以此说明光具有波的性质。

例2  利用生活中的器材設计实验,观察光的薄膜干涉现象,讨论薄膜干涉的原因。

以与《标准》配套的人教版教材为例,该单元的教材内容呈现如表1。

3  “光的干涉”单元教学标准

从上述分析,我们明显看到,《标准》中有关光的干涉内容只有简单的阐述(总共139个汉字),如果一线教师只是照本宣科,做做教材后面的练习,那是很难达到《标准》所提的要求的。因此我们认为,这部分内容要有一个教学标准,相关的标准如表2。

4  编制“光的干涉”单元教学标准引发的思考

4.1  高中课堂中大胆渗透物理基础理论

在编写这个单元的教学标准时,笔者参考了我国各个时期、不同年代的教参,对这部分内容的建议都是对有些内容不宜讲得过深,简单带过就好。这部分学生不好理解的内容有相关光源、激光、半波损失等。

而笔者认为培养学生的科学素养,很重要是要先让学生觉得物理有用,故有些知识点可以介绍,但并不做为考试内容。介绍这些相关而又有些“超纲”的内容,目的不在于让学生全懂(对于大部分学生,有初浅的认知即可),而在于给学生打开一扇扇通过物理认知世界的窗户,有志于从事物理专业的学生可以知道继续研究和努力的方向,没有从事物理专业的同学也可以因为对这些物理理论略知一二,而拓展他们终身学习的广度与深度。

4.2  充分重视物理知识的应用环节

国家的教育意志是通过每个学科,每一节具体的课堂去实施的。正如前文提到的,为达到培养学生科学素养的目的,首先必须让学生喜欢这个学科。

光的干涉在生产生活中有着丰富的应用,如相机镜头的增透膜、玻璃的平整度检测等,这些都是非常精彩的内容。只要教师认真备课、认真思考,可以挖掘出许多能与学生探讨的细节问题。例如,关于相机的增透膜,为什么让绿色光在增透膜前相消,绿色光就透过最多?如按理论计算,增透膜的厚度应该是绿色光在这个介质(通常是氟化镁)中波长的四分之一奇数倍,但是为什么又大都只涂四分之一波长呢?关于检测玻璃平整度,它的干涉条纹形成的位置为什么是在标准玻璃砖的下表面?干涉条纹的情况与待测玻璃砖凹凸情况有什么关联?如果老师们认真对待这些非考试重点的问题,把它们解释清楚,学生一定会发自内心地喜欢物理。

但是非常遗憾的是现在的高中物理课程在应用这部分越来越淡化。如果只是给学生绳子加木块之类的知识,只是为了解题,无法让学生真心喜欢物理,也无法最大限度地通过物理教学培养学生的科学素养。

4.3  教学标准帮助教师实现从“教教材”到“用教材”

从上面分析我们可以看到,《标准》是教学活动的纲领性文件,是相当精练的,而我们所使用的教材也不可能很详细,这就会给很多年轻教师的教学活动带来困难。笔者认为,教学标准的制定应该要提供相当数量的可操作的教学事例,让教师能真正实现“教教材”到“用教材”,更好驾驭课堂,成为课堂的组织者与管理者。

5  结语

物理教学标准的制定,旨在将高屋建瓴的课程标准具体化、实用化,旨在帮助一线教师不错过每一节课的每一个关键环节,旨在让高中物理教学更有“物理”的味道。在“光的干涉”教学标准中 ,“用激光照射双缝,以教室的后排墙壁做为屏幕,让学生观看双缝干涉的实际图形”这一项内容,笔者曾在真实教学活动中实践过。当教师用激光照射在双缝上,在教室后面白墙上打出一排清晰可见的干涉条纹后,学生一片欢呼。当引导学生通过具体的直接测量与计算,得到激光的波长与激光器上标称相当接近时,再观察一下学生们的表情,我们就会明白,中学物理教学需要的到底是什么。

参考文献:

[1]中学物理教师手册编写组.中学物理教师手册[M].  上海:上海教育出版社,  1982:113.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018:26.