立體式教學的探究與實踐

　　【摘 要】以預習提綱引導學生系統(tǒng)自學“光的偏振”，由學生形成觀點，提出問題，在課堂討論的基礎上形成自愿參加的設計性實驗小組，最后寫出課程論文。
　　【關(guān)鍵詞】立體式教學;偏振光;設計性實驗;自主式學習
　　0 前言
　　大學物理教學中兩種傳統(tǒng)方式是課堂教學和實驗教學。在課堂教學中一個教師給幾十甚至上百學生授課，師生之間、同學之間交流較少;實驗教學中學生要用3～4小時完成教師安排的實驗題目，時間緊迫。這兩種教學模式都是以學生接受、理解、記憶的被動式學習為主，優(yōu)點是教師對教學進程易于控制。
　　教育改革的形勢提倡改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式，注重以學生為主體、更多的激發(fā)學生自主學習和探索的熱情，注重良好的溝通技能和團隊合作精神的訓練，關(guān)注學生成長和全面素質(zhì)的提高。在物理實驗中引入了設計性實驗，實驗室也逐步開放，以鼓勵學生的自主式學習與探索。
　　1 立體式教學
　　我們在大學物理課程的偏振光的教學中嘗試了“立體式教學”，將理論教學、實驗教學以及分析總結(jié)融合起來，并充分發(fā)揮學生的主觀能動性，通過4個階段來完成一個主題內(nèi)容的教學。（1）啟發(fā)式的課前預習提綱;（2）課堂討論;（3）設計性實驗;（4）提交課程論文。
　　通過課前預習培養(yǎng)學生針對一類問題的調(diào)查研究能力和分析能力;課堂討論培養(yǎng)學生的表達能力;設計性實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐動手能力;提交課程論文培養(yǎng)學生的分析總結(jié)能力。從預習、課堂討論、實驗小組的建立、實驗方案的形成與實施、提交課程論文，整個過程是完全開放的，以學生為中心自主完成的，教師只是指導者。教學過程中提高了學生學習興趣并取得了很好的教學效果。
　　2 偏振光的立體式教學設計與實踐
　　2.1 偏振光的理論預習提綱
　　（1）常見光源的發(fā)光機理;
　�。�2）光的偏振性;
　�。�3）偏振片的起偏與檢偏，馬呂斯定律;
　�。�4）反射、折射時光的起偏與檢偏，布儒斯特定律;
　�。�5）雙折射現(xiàn)象;
　�。�6）區(qū)分自然光、線偏振光、部分偏振光的常見方法;
　�。�7）透射光強與入射光強的比值為任意值的控制方法;
　�。�8）偏振光的應用（對應用的原理和效果進行調(diào)研和總結(jié)）;
　�。�9）完成教材上的常規(guī)作業(yè).
　　2.2 設計性實驗的參考題目
　　在只有常規(guī)的偏振光實驗儀器的情況下（如光具座、偏振片、玻璃堆、鈉光燈、1/4波片、1/2波片、He-Ne激光器、天平等），收到了較好的教學效果。
　�。�1）區(qū)分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片;
　�。�2）確定偏振片通光方向或波片的光軸;
　�。�3）測量透明或不透明材質(zhì)的折射率（材質(zhì)自備）;
　�。�4）設計光路圖，使透射光強為入射自然光強的1/n;.
　�。�5）測量旋光物質(zhì)的旋光系數(shù)、溶液濃度;
　�。�6）應力分布探測.
　　2.3 預習報告
　�。�1）常見光源是自然光，是大量原子的自發(fā)輻射躍遷形成的;激光為受激輻射形成的。
　�。�2）光是電磁波，是橫波，具有偏振性質(zhì)，其偏振方向為電場強度的振動方向，光束按偏振性質(zhì)可分為自然光、線偏振光和部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。
　�。�3）偏振片的起偏機理為透明基片上的導電分子鏈將其平行方向上的光振動分量吸收，只剩與其垂直方向的光振動透射而起偏的[1]，對于自然光，理想的偏振片的透射光強為入射光強的1/2。
　　如果光振動方向與偏振片透光方向的夾角為α，入射光強為I0，透射光強為I，則偏振片上的入射光強與投射光強服從馬呂斯定律：I=I0cos2α
　　根據(jù)馬呂斯定律，可以定量計算偏振片透射光與入射光的相對光強，利用偏振片的起偏原理也可以對一束光進行檢偏。
　�。�4）自然光遇介質(zhì)界面時，反射光和折射光都成為部分偏振光，當反射光和折射光垂直時，只有垂直入射面的光振動能夠被反射，折射光為平行于入射面的光振動為主的部分偏振光。
　　布儒斯特定律：當反射光和折射光垂直時，反射光為垂直入射面的線偏振光.入射角稱i0為布儒斯特角，滿足：
　　tani0=■
　　n■為入射媒質(zhì)折射率，n■為折射媒質(zhì)折射率。
　　根據(jù)布儒斯特定律，可以測量折射物質(zhì)的折射率;玻璃堆也可以像偏振片一樣對一束光進行起偏或檢偏，或者對透射光強進行控制。
　�。�5）雙折射現(xiàn)象
　　自然光遇晶體時分成兩束線偏振光的現(xiàn)象叫做雙折射現(xiàn)象。利用雙折射晶體做成尼科爾棱鏡，也可以對一束光進行起偏和檢偏。利用雙折射晶體做成的1/4波片可以獲得橢圓偏振光或者圓偏振光;1/2波片可以方便地使偏振光的振動面偏轉(zhuǎn)任意角度。
　�。�6）區(qū)分自然光、線偏振光、部分偏振光的常見方法可以利用偏振片、玻璃堆或者尼科爾棱鏡的任何一個置于光路中并以光路為軸旋轉(zhuǎn)360°觀察透射光強的變化來判斷。
　　（7）可以通過控制兩塊偏振片或者兩個玻璃堆或者兩個尼科爾棱鏡的夾角來實現(xiàn)透射光強與入射光強的比值大小，也可以利用旋光物質(zhì)的濃度或者厚度控制偏振光的振動方向再通過檢偏器控制透射光強。
　�。�8）偏振光的應用有立體電影、太陽鏡、照相機鏡頭反射光的過濾，利用克爾效應做成光斷續(xù)器等。
　　2.4 課堂教學
　　以學生在自學預習中形成的觀點和遇到的問題為主進行討論，教師適當講解，鍛煉學生的思維表達能力、傾聽并尋找設計性實驗的合作伙伴。
　　2.5 設計性實驗的觀察點
　　（1）區(qū)分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片.首先確定與波片對應的光源，考察點為普通玻璃片對垂直入射光的偏振性無明顯影響;偏振片在自然光中呈灰色;其次偏振片改變?nèi)肷渚�偏振光的透射光強和偏振方向;1/4波片對入射線偏振光的透射光強無影響，透射光可以仍是線偏振光（入射線偏振光振動方向平行或垂直波片光軸）或者橢圓偏振光、園偏振光;1/2波片只是使入射線偏振光振動面旋轉(zhuǎn)2倍的入射光振動面、波片光軸夾角。

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