“實驗走入課堂”科普系列之二：白光干涉儀

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