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“實驗走入課堂”科普系列之二:白光干涉儀

中國儀器儀表學會
普及儀器儀表領(lǐng)域科技知識及應(yīng)用
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作者:劉書鋼 黑龍江大學教授,北京師范大學教育學部兼職教授,銳光凱奇(鎮(zhèn)江)光電科技有限公司首席科學家,中國儀器儀表學會青少年光科學主題(鎮(zhèn)江)科普教育基地負責人

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

2023年全國科普日期間,作為中國儀器儀表學會青少年光科學主題(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,再次走進高校,面對參與活動的,來自不同高校的大學生,開展“實驗走入課堂”系列科學研究課,向參與活動的大學生講解白光干涉儀、頻閃、顯微成像儀器等,偏振光的理論教學時,結(jié)合相關(guān)儀器,將儀器的演示互動實驗帶入課堂,通過這種方式向參與活動的大學生們開展科學教育,普及光學及光學儀器科學知識。


這次活動參加的人員為黑大電子工程學院的10名研究生和哈工大物理和機械院的5名研究生。

圖1

為了配合理論教學,走入課堂的創(chuàng)新實驗系統(tǒng)的理念是:

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

2、實現(xiàn)實驗走入課堂(使用現(xiàn)代科技手段實現(xiàn)小型化);

3、實驗系統(tǒng)科研化(實驗系統(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)。

我們在偏振、白光干涉儀、成像顯微鏡等的活動教學中都設(shè)計了走入課堂的實驗系統(tǒng)。圖2是實驗走入課堂的現(xiàn)場教學圖片:

圖2

圖2是在講授偏振和顯微鏡原理,直接利用實驗演示教學內(nèi)容,加強學生們的理解,教學效果比較好,整個過程同學們專注投入。

實驗走入課堂的活動理念是實驗走入課堂需要氣氛,通過一臺攝像機把實驗過程投到大屏幕上,這樣實現(xiàn)了既有氣氛,又有細節(jié)。此次活動的解決方案是使用手機或者iPad播放PPT,需要的時候切換到視頻模式,把實驗的細節(jié)投到大屏幕上(適合聽課人數(shù)20-30以上),如圖3:

圖3 走入課堂的實驗通過手機投到大屏幕

圖3是配合熒光成像教學內(nèi)容的走入課堂的實驗,細節(jié)通過手機的視頻投到大屏幕上,學生可以清清楚楚地看到細節(jié)。

圖4是把筆記本上的CCD驅(qū)動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,把實驗過程的細節(jié)投到大屏幕上:

視頻1 教學的看球理論-實驗走入課堂的實現(xiàn)

特殊的講解模式成功吸引了學生,帶動了氣氛。學生完全被吸引,取得了良好的活動學習效果,對這種方式來了解、理解儀器的一些基礎(chǔ)原理,給予了非常積極的評價。圖6是學生自己體驗的現(xiàn)場圖片:

圖6 走入課堂的實驗系統(tǒng)的現(xiàn)場教學體驗


活動中,除了將實驗系統(tǒng)演示給學生,還讓學生討論分析出原理,具體的內(nèi)容見視頻2:

視頻2 通過實驗現(xiàn)象,要求學生研究、分析出原理

這是一個非常有趣的實驗,一束激光通過旋轉(zhuǎn)的扇葉后,通過一個LED光源照射到旋轉(zhuǎn)的扇葉上,會看到扇葉上的一個H字母,通過調(diào)整光源的參數(shù),可以看到多個字母。先讓同學們看到這個現(xiàn)象,然后讓大家分析出完整的實現(xiàn)原理。

圖1A 哈工大團隊在研討中

圖1B 黑大團隊在分析討論中

給出問題后,以團隊為單位開始了研討。

視頻3是與學生的互動討論,引導(dǎo)學生由正確的思路去解決問題,而且強調(diào)團隊合作精神:

視頻3 課堂教學中的互動

學生們經(jīng)過研討后了解到實驗原理,這是非常成功的一次實驗走入課堂的互動活動,不僅僅是老師,學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:中國儀器儀表學會青少年光科學(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

評論
科普650ad89a5b82e
秀才級
已認真學習。
2023-09-29