HiTeach TBL 2与物理双缝干涉实验装置的融合应用

马峰

摘要：本文讲述了利用智能教学助手——Hiteach TBL 2对传统的双缝干涉演示试验装置进行改进，改进后的装置解决了双缝干涉实验现象展示难问题。通过该套装置可使相干光的干涉条纹通过网络呈现在电子屏幕上，所有学生能够实时观察到条纹的变化，使该试验化抽象为具体，使课堂充满乐趣。

关键字：HiTeach TBL 2; 双缝干涉; 干涉条纹观察

夸美纽斯在《大教学论》中有：“在可能的范围以内，一切事物都应该尽量地放到感官跟前。一切看得见的东西都应该放到视官的跟前，一切听得见的东西都应该放到听官的跟前”。在《中国学生发展核心素养》中在自主发展，学会学习的信息意识要求是“能自觉、有效地获取、评估、鉴别、使用信息；具有数字化生存能力，主动适应“互联网 + ”等社会信息化发展趋势；具有网络伦理道德与信息安全意识等。”本节课利用网络技术HiTeach TBL 2软件使双缝干涉条纹直观呈现，使夸美纽斯对直观性教学重要阐述和中国学生发展核心素养对学生应用信心技术，适应互联网+的要求在这堂课上能够实现。

一、HiTeach TBL 2介绍

HiTeach TBL 2是一款互动教学系统软件有白板端与手机APP端两者同一wifi下可配合使用。HiTeach TBL 2模式向导共有五种模式（互动模式、编辑模式、PowerClick模式、书面问答模式、挑战赛模式）。其中互动模支持与手机端同屏展示功能。在互动模式下利用HiTeach的智慧助教手机APP HiTA可让学生将作品实时上传，立即观摩。

二、教材中的传统实验装置的分析

双 缝干涉测光的波长实验是高中物理选修3-4第十三章第四节内容。学生已经具备了双缝干涉条纹间距与光的波长之间的关系的知识，所以可以通过双干涉原理测定单色光的波长。

图1 传统的双缝干涉装置

1.教材双缝干涉实验的做法介绍

上图是3-4教材上传统的双缝干涉装置，它包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、放大镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺。实验的主要步骤有：实验前取下双缝，打开光源，调节光源的高度和亮度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。然后放好单缝与双缝相互平行，尽量使缝的中点位置位于遮光筒的轴线上。做好以上调整后，在单峰与光源之间放上滤光片就可见到光的双缝干涉图样。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化。

2. 传统实验装置分析及改进设想

表1对传统装置的问题分析并改进

项目	传统实验存在的问题	改进设想	优势
11	以小灯泡为光源带来的不便。由于本实验的光源是用的单丝白炽灯泡，小灯泡需使用学生电源供电不仅给实验装置的安装带来难度而且小灯泡长时间工作容易烧坏。 当观察和测量单色光干涉波长时,在单缝前加上红色或绿色滤光片后,光线很暗,效果极差。	改用强光手电筒代替小灯泡与学生电源。	强光手电筒不需要使用学生 电源，使试验装置的安装更简单，方便，长时间使用也不会烧坏。 强光手电筒对光线有会聚作用，即使加上滤光片后，光线强度变强保证了观察的清晰度。
22	课堂时间有限，装置调整好之后，每组只能选一两个代表上讲台前单眼对准装置目镜观察实验现象，班级绝大多数学生没有时间去观察实验现象，演示实验现象不能面向全班同学展示。 改变双缝宽度d，改变双缝到光屏的距离l,换不同的滤光片改变光的波长，观察各级干涉条纹间距离的变化时，由于是改变条件前后条纹宽度的继时对比和条纹间距变化不是很大，所以在脑海中很难形成觉察到条纹间距的变化，即使有印象，也很模糊不直观。	去掉测量头上的放大镜，使手机镜头对准遮光筒与测量头的轴线。手机端的APP HiTA 与多媒体终端的HiTeach TBL 2软件在同一个无线环境下进行连接，拍摄的内容同步实时上传至大屏幕。	HiTeach TBL 2系统与手机HITA通过无线网的连接，使干涉条纹图样呈现在大屏幕上。改变条件前后条纹的宽度通过截屏或多张照片同时上传，可进行同时对比，效果更加明显。这样改进不仅解决了所有同学都可以看到，直观呈现问题，而且节省的时间，安排学生交流讨论，更加能够感受到科学的强大与魅力，提高科学素养激，激发学习兴趣。

三、HiTeach TBL 2对实验装置的改进

在信息技术与物理课堂教学融合如火如荼开展之际，我校教室的硬件设施发生了很大变化，每个教室都安装了多媒体终端，每个终端包含的智能教学助手有，鸿合白板，HiTeach TBL 2 、互动课堂。校园实现了无线网络全覆盖。老师手机只需安装一个Hita或互动课堂的APP,就可以实现将拍摄内容手同步实时上传至大屏幕。

1.利用智能教学助手——HiTeach TBL 2对实验装置的改进介绍

图2 改进后的双缝干涉装置

对于传统实验带来的种种弊端，结合信息技术的发展，本实验相对于传统实验器材做了变动。改进实验装置中中增加了，能调节高度的画夹子，强光手电筒，带有横支架的铁架台，手机，手机自拍杆，无线网络，多媒体终端及HiTeach TBL 2软件 ，去掉的是单丝白炽灯泡、学生电源。

如上图，用画夹子夹住强光手电筒固定在光具座上，可以上下左右调节光具座的高度，使光线通过透镜汇聚在单缝中心位置，单缝双缝平行，中心在遮光筒的轴线上。拍照杆（长度能够伸缩与手机相连端能够转向）一端固定在铁架台上，另一端与手机相连，去掉测量头上的放大镜，使手机镜头对准遮光筒与测量头的轴线。手机端的APP HiTA 与多媒体终端的HiTeach TBL 2软件在同一个无线网环境下。打开手机手机APP HiTA中视频录制功能和HiTeach TBL 2软件中实时上传视频的小工具。

4. 总结

完成这个实验需要注意一下几点。（1）手电筒与手机实验前要充满电。（2）手机和电脑终端在同一个WiFi环境下。（3）手机像素尽量要高一些。（4）在比较条纹间距时，截图要保持原样，不要拉变形。

利用多媒体技术，对传统的双缝实验装置进行改进与创新，使白光，单色光的干图样直观的在黑板呈现。利用控制变量法，观察干涉图样理解影响双缝间距的因素。教师利用多媒体直观展示侧单色光波长的方法后学生再实验操作，教师点拨出学生实验中存在的问题，并对实验中容易误操作或导致实验误差的地方进行总结。利用智能教学助手——Hiteach 对该实验装置进行改进，实验结果借助该软件平台同步展示在大屏幕上，学生实时观察。干涉条纹的全貌，清楚的展现给学生。使该试验化抽象为具体，使课堂充满乐趣。

1. 夸美纽斯著，傅任敢译. 大教学论[M].北京：教育科学出版社，1995.

2. 吴 慧. 双缝干涉实验光源的改进[J]. 物理通报,2007(5):41-42

3. 郑述伶.对双缝干涉实验的探究[J].实验教学与仪器,2007(11):29-30

4. 李洪治.双缝干涉实验的一些数学讨论[J].物理实验,1987(06):255-259.

5. 董友军、朱建平、区淑玲. 确定设计意图落实核心素养[J] 中学物理，2020（1）37-40