“實(shí)驗(yàn)走入課堂”科普系列之二：白光干涉儀

作者：劉書(shū)鋼 黑龍江大學(xué)教授，北京師范大學(xué)教育學(xué)部兼職教授，銳光凱奇（鎮(zhèn)江）光電科技有限公司首席科學(xué)家，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)青少年光科學(xué)主題（鎮(zhèn)江）科普教育基地負(fù)責(zé)人

實(shí)驗(yàn)走入課堂首先由卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory）第一任實(shí)驗(yàn)室主任，著名物理學(xué)家麥克斯韋（James Clerk Maxwell）提出，物理教學(xué)在講授理論的同時(shí)，還輔以演示實(shí)驗(yàn)。這就是實(shí)驗(yàn)走入課堂的先導(dǎo)者，這種理念國(guó)內(nèi)清華大學(xué)物理系、華中科技大學(xué)物理系也是一直在采用。

2023年全國(guó)科普日期間，作為中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)青少年光科學(xué)主題（鎮(zhèn)江）科普教育基地的銳光凱奇（鎮(zhèn)江）光電科技有限公司，再次走進(jìn)高校，面對(duì)參與活動(dòng)的，來(lái)自不同高校的大學(xué)生，開(kāi)展“實(shí)驗(yàn)走入課堂”系列科學(xué)研究課，向參與活動(dòng)的大學(xué)生講解白光干涉儀、頻閃、顯微成像儀器等，偏振光的理論教學(xué)時(shí)，結(jié)合相關(guān)儀器，將儀器的演示互動(dòng)實(shí)驗(yàn)帶入課堂，通過(guò)這種方式向參與活動(dòng)的大學(xué)生們開(kāi)展科學(xué)教育，普及光學(xué)及光學(xué)儀器科學(xué)知識(shí)。

這次活動(dòng)參加的人員為黑大電子工程學(xué)院的10名研究生和哈工大物理和機(jī)械院的5名研究生。

圖1

為了配合理論教學(xué)，走入課堂的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的理念是：

1、利用現(xiàn)代科技手段重構(gòu)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（賦予經(jīng)典實(shí)驗(yàn)新的生命）；

2、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)走入課堂（使用現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)小型化）；

3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)科研化（實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅僅是演示功能，替換關(guān)鍵的元件，例如物鏡、CCD等就成為了科研儀器）。

我們?cè)谄?、白光干涉儀、成像顯微鏡等的活動(dòng)教學(xué)中都設(shè)計(jì)了走入課堂的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。圖2是實(shí)驗(yàn)走入課堂的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)圖片：

圖2

圖2是在講授偏振和顯微鏡原理，直接利用實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生們的理解，教學(xué)效果比較好，整個(gè)過(guò)程同學(xué)們專(zhuān)注投入。

實(shí)驗(yàn)走入課堂的活動(dòng)理念是實(shí)驗(yàn)走入課堂需要?dú)夥?，通過(guò)一臺(tái)攝像機(jī)把實(shí)驗(yàn)過(guò)程投到大屏幕上，這樣實(shí)現(xiàn)了既有氣氛，又有細(xì)節(jié)。此次活動(dòng)的解決方案是使用手機(jī)或者iPad播放PPT，需要的時(shí)候切換到視頻模式，把實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)投到大屏幕上（適合聽(tīng)課人數(shù)20-30以上），如圖3：

圖3 走入課堂的實(shí)驗(yàn)通過(guò)手機(jī)投到大屏幕

圖3是配合熒光成像教學(xué)內(nèi)容的走入課堂的實(shí)驗(yàn)，細(xì)節(jié)通過(guò)手機(jī)的視頻投到大屏幕上，學(xué)生可以清清楚楚地看到細(xì)節(jié)。

圖4是把筆記本上的CCD驅(qū)動(dòng)的圖像直接投到大屏幕：

圖4 筆記本的內(nèi)容直接投影到大屏幕

圖5是銳光的工程師在講授偏振光的原理：

圖5 偏振原理介紹

視頻1是從筆記本電腦切換到手機(jī)，把實(shí)驗(yàn)過(guò)程的細(xì)節(jié)投到大屏幕上：

視頻1 教學(xué)的看球理論-實(shí)驗(yàn)走入課堂的實(shí)現(xiàn)

特殊的講解模式成功吸引了學(xué)生，帶動(dòng)了氣氛。學(xué)生完全被吸引，取得了良好的活動(dòng)學(xué)習(xí)效果，對(duì)這種方式來(lái)了解、理解儀器的一些基礎(chǔ)原理，給予了非常積極的評(píng)價(jià)。圖6是學(xué)生自己體驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)圖片：

圖6 走入課堂的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)體驗(yàn)

活動(dòng)中，除了將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)演示給學(xué)生，還讓學(xué)生討論分析出原理，具體的內(nèi)容見(jiàn)視頻2：

視頻2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，要求學(xué)生研究、分析出原理

這是一個(gè)非常有趣的實(shí)驗(yàn)，一束激光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的扇葉后，通過(guò)一個(gè)LED光源照射到旋轉(zhuǎn)的扇葉上，會(huì)看到扇葉上的一個(gè)H字母，通過(guò)調(diào)整光源的參數(shù)，可以看到多個(gè)字母。先讓同學(xué)們看到這個(gè)現(xiàn)象，然后讓大家分析出完整的實(shí)現(xiàn)原理。

圖1A 哈工大團(tuán)隊(duì)在研討中

圖1B 黑大團(tuán)隊(duì)在分析討論中

給出問(wèn)題后，以團(tuán)隊(duì)為單位開(kāi)始了研討。

視頻3是與學(xué)生的互動(dòng)討論，引導(dǎo)學(xué)生由正確的思路去解決問(wèn)題，而且強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作精神：

視頻3 課堂教學(xué)中的互動(dòng)

學(xué)生們經(jīng)過(guò)研討后了解到實(shí)驗(yàn)原理，這是非常成功的一次實(shí)驗(yàn)走入課堂的互動(dòng)活動(dòng)，不僅僅是老師，學(xué)生也留下了深刻的印象。以視頻4黑大和哈工大研究生一起認(rèn)真研討結(jié)束今天的推送內(nèi)容：

視頻4 黑大和哈工大研究生一起課堂研討

**供稿：中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)青少年光科學(xué)（鎮(zhèn)江）主題科普教育基地、**銳光凱奇（鎮(zhèn)江）光電科技有限公司