全息光栅设计性试验的教学设计研究全息光栅的制作设计试验

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1、全息光栅设计性试验的教学设计研究全息光栅的制作设计试验 摘 要 对全息光栅制作方法进行设计和研究，全息光栅设计性试验是一个很好的设计性试验，可培养学生的分工协作、文件资料搜集、试验设计、研究汇报等多方面能力。 关键词 物理试验；全息光栅；设计性试验中图分类号：G652 文件标识码：B 文章编号：1671-489X03-0085-02Study on Teaching Design of Designing Experiment of Holographic Grating/Hu Wei, Liu Yanan, Geng XiaoqianAbstract For the design and s

2、tudy on the manufacture method of Holographic Grating，Holographic Grating experiment is very designing experiment, it can train the ability of students in respect of coordination of work, gathering information，experiment design, research report, and so on.Key words physical experiment; holographic g

3、rating; designing experimentAuthors address Mudanjiang Teachers College, Mudanjiang, Heilongjiang, China 157011一般物理试验是对学生进行试验教育的入门课程，可培养学生的动手能力、试验技能等综合素质1，其中设计性试验的目标就是提升学生发明性思维能力，好的设计性试验的实施方案应含有灵活多样性2-4。自激光全息术创造以来，全息技术得到广泛的应用和发展5。全息摄影的方法从光学领域推广到其它领域，如微波全息、声全息等得到很大发展。地震波、电子波、X射线等方面的全息也正在深入研究中，且成功地应用在

4、工业医疗等方面。全息图也有极其广泛的应用，如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等，对于现代的大学生来说有必须了解和学习此技术的原理及应用。两束相干平行光在全息干板上相干叠加，经合适的曝光、显影、定影后就制成全息光栅。产生两束相干平行光的方案有很多，制作全息光栅的试验方案也有很多种，所以它是一个很好的设计性试验。课题组经过对此试验的综合研究，开发了设计性试验：全息光栅的制作方法研究。1 教学过程安排经过对其它高校开展的全息光栅试验课程的调查，选择4种试验室常见的试验方法：杨氏双缝干涉方法、菲涅尔双镜法、马赫-泽德干涉仪法、迈克尔逊干涉仪法。鉴于课时的限制，课前一周老师先部署学生

5、复习光学及全息摄影技术试验的内容，8人一组，各大组选定组长后再2人一组分成4个小组，分别设计一套试验方案。然后进行资料的搜集整理，确定试验步骤、方法，到试验室选择仪器。利用2个下午进行试验，包含光路的组装、调试和测量，光栅常数的测定。试验完成后汇总，对4种方法进行对比研究分析，做出研究汇报。即使文件、图书、教材全部相关于此项试验较为具体的资料，不过要把4种方法进行对比研究分析，需要学生横向比较分析，选定适宜的试验参数，含有一定的难度。试验要求：1 全息光栅的制作要求自搭光路调试；2 冲洗；3 d的测定要用分光计，要求自拟数据统计表格,写出测量结果，撰写试验汇报；4 对比研究4种方法的优劣，撰写

6、研究汇报。2 评价准则作为设计性试验的考评不能只依据汇报的数据来评判，对于试验前的准备、方案的设计、仪器的选择到测量、分析等全部实现了培养学生综合素质的目标，可依据试验所能实现的考评内容制订评分依据。考查内容1 考查学生阅读使用参考资料的能力；2 考查学生利用分立光学元件自搭光路调试和拍摄冲洗技能掌握情况；3 考查学生对基础光学仪器的使用掌握情况；4 对学生取得数据加以处理、结果分析的能力进行考评；5 书写完整试验汇报及研究汇报能力的考评；6 考查学生分工协作的能力。评分标准1 汇报的完整性、正确性。2 全息光栅的制作：搭光路调试拍摄；冲洗显影吹干。3 管栅常数d的测定：表格自拟，数据统计正确

7、；数据处理结果表示正确。4 研究汇报。3 四种方法的初步探析6课题组对全息光栅4种制备方法的设计和研究，对比其优缺点测量光栅常数的方法1 用读数显微镜测量。放大倍数可大部分，通常为80100倍，而读数显微镜为30倍。2 可用分光计，依据光栅方程dsin=k来测量。3 用衍射法测量。激光经过光栅衍射，在较远处屏上测出零级和一级衍射光斑的间距x及屏到光栅的距离L，则光栅常数为d=L/x。方法一对于光栅常数大的光栅，测量方便；方法二测量正确度高，需把分光计调整好；方法三较方便，正确度不如方法二。应依据实际情况选取两种方法对比。4 收获和体会该试验从试验准备阶段到方案确实定、仪器的选择等，整个过程均需

8、学生自主完成，增加了学生做试验的自由度，也把对学生资料查阅及其吸收能力的培养引入该过程中。在试验完成过程中，学生经过完成全息光栅的制备和方法的比较研究，不仅使物理试验的基础知识教学内容得到表现，包含分光计、迈克尔逊干涉仪、读数显微镜、光栅、全息摄影等，而且也使光路设计、材料选择、数据处理、数据分析等方面的能力训练。经过研究汇报的撰写，还培养了学生的研究能力，再加上她们完成的试验内容是她们熟悉且神秘的全息摄影技术，使学生能够在愉悦的心境下进行试验，综合锻炼了多方面的能力，培养了学生的创新精神，能够作为一个很好的综合设计性试验题材。虽说此试验需学生自主完成，但老师的主导地位不能动摇。设计性试验是物理思想和教学思想指导下的发明性劳动，对任何试验设计，老师全部要引导学生先明确试验的目标，依据试验任务，解剖试验课题，然后依据所学的相关知识和理论找出试验原理，根据理论的指导去设计方案，还要合理地选配试验仪器，使试验效益最大化。比如在光栅常数d测量的方法选择中，因为几个制备全息光栅的不一样方法制备的光栅常数大小有很大的区分，若均采取读数显微镜测量，有些测量会失败，学生若没有老师的指导，可能会误认为是制备试验的失败，又会从头开始，则浪费时间和精力。因此设计性试验仍需要老师起到主导作用，且对老师的要求也更高。