可手机操作的光电效应演示实验仪器
代珍兵老师（右一）向成都七中的老师演示自制仪器 受访者供图
闫从华使用光的色散演示仪向记者演示彩虹的“出现”
日前，在四川省总工会评选出的职工“五小”活动优秀创新成果中，四川师范大学物理与电子工程学院“光线-光波-光子”系列演示实验仪及其公益推广项目脱颖而出。3月11日，记者走进四川师范大学，采访了该项目团队，深入了解这一创新成果背后的故事。
创新设计源于教学
物理与电子工程学院实验室内，一排排精心设计的光学实验仪器被整齐地摆放着，波动光学综合演示实验仪、薄膜干涉演示实验仪、新型马吕斯定律演示实验仪、光电效应演示实验仪、几何光学综合演示实验仪……记者注意到，这些仪器的设计简洁而精巧。“这些都是学院的研究生和本科生在教师的指导下制作完成的，和传统光学实验设备相比，它们一方面来源于生活、操作简单，一方面又能体现物理本质、融入科技进展。”四川师范大学物理与电子工程学院教师、“光线-光波-光子”系列演示实验仪及其公益推广项目负责人闫从华介绍道：“我们的自制实验仪在设计时充分考虑到实际教学需求，针对教学疑难问题，通过实验演示，让复杂的物理原理变得简单易懂。比如这个光的色散演示实验仪，手电的光往上一打，就能让学生在教室里看到彩虹，这就是我们物理学中光的色散现象。”
四川师范大学自制实验仪器的传统要从54级校友李俊伦说起，“最早，李俊伦老师设计制作的电火花计时器就曾入选教育部《中学理科仪器配备目录》；后来潘学军老师等设计制作出200余件自制仪器，自此四川师范大学物理与电子工程学院自制仪器的传统就延续下来。”闫从华说：“近来年，学校加强师范特色建设，我们组织物理、电子、通信等专业教师，组建团队。现在看到的这些自制仪器也是在团队教师先前所做设计的基础上更新迭代而来的。”闫从华指了指身旁的波动光学综合演示实验仪补充说道：“它最早其实是学院代珍兵老师指导学生完成的一项毕业设计。最初这台仪器上只有一个板子加一把游标卡尺，后来我们与华南师范大学肖洋教授一起讨论，将杨氏双缝实验的本质即分波面的思想融入进去，不需要使用双缝，仅需要一张纸牌就可以演示光的干涉；并把它设计成现在的样子，算是这台仪器的‘第四代’了。”
闫从华告诉记者，他们团队设计实验仪的初衷是为了更好地为教学服务，“四川师范大学作为师范类院校，一直站在培养未来教师的角度来设计教学，最初团队老师们使用自制仪器教大学生，后来发现这些实验仪在中学课堂也可以使用，我们就在全国率先开设《物理实验研究与创新》《中学物理教具制作》等自制仪器特色课程，让学生们自己来制作，这样他们既能对其中蕴含的物理原理理解得更为深刻，又对他们以后的中学物理教学大有帮助。”
小小仪器里蕴含的教育理念
“我们自制实验仪器，是希望中学教师和学生都能从‘黑板实验’中走出来，变‘看’实验为自己动手‘做’实验。”闫从华说：“中学有一个知识点叫泊松亮斑，很少有老师给学生在课堂上进行现场演示，普遍采取看教材插图的方式，因为泊松亮斑的实验条件比较苛刻，但现在我们用这个简单的仪器就可以清晰地演示出来了。另外，我们基于偏振现象的发现史，不需要偏振片，仅使用两片普通玻璃就可以演示‘马吕斯定律’。”
正如闫老师的介绍，这些外表看似“简单”的小仪器可一点都不“简单”。它们不仅能展示中学物理课本中要求学生必须掌握的光学知识，还能让中学生更直观地观察到光学本质，最后能帮助学生对所学知识进行有效拓展，闫从华告诉记者：“这些仪器在市场上是买不到的，其中的设计蕴含了我们的教学理念，就是要基于中学，高于中学，为学生开一扇窗户。比如，中学教材只要求掌握光穿过一条或两条缝的样子，但基础好的学生，我们就要告诉他光穿过三条缝，甚至多条缝是什么样子，老师可以用我们这台波动光学综合演示实验仪演示给学生们看；再比如光衍射的本质是波面受限，这是大学里才讲的知识，但因为在中学时老师没有提过，学生进入大学就很难理解，断层太高，我们的仪器就要做到有效的‘大-中’衔接。我们团队希望这批光学自制仪器可以实现从初中到大学知识点的衔接。以后不只是光学，电学也要做成系列自制仪器。”
在物理课中融入科技进展是团队设计自制仪器的又一理念。为此，团队在自制仪器的设计中力求与现代科技相结合，同时又进一步实现了跨学科探索。“比如我们与成都七中刘滪颢老师和张亚林老师合作研发的光电效应演示实验仪，可以通过蓝牙连接手机，实现用手机操控来完成光电效应实验；另一方面，我们的学生毕业后可能从事别的职业，比如做室内设计时，需要设计阳光房，就可以使用炫彩玻璃，阳光在不同时段照射下来，玻璃会呈现出不同的颜色，这就是物理学中的薄膜干涉原理，可以体现物理与艺术的结合。”
自制实验仪走出川师
“我们的目标是让更多的学生和教师受益。”团队成员段满益老师自豪地说。采访中，最令人印象深刻的是，四川师范大学的这一项目不仅局限于本校，还通过“以元件换仪器”的公益推广机制，让更多学校能够用上这些高质量的实验设备。“这是我们和成都七中合作的公益项目，我们负责设计制作仪器，成都七中负责指导如何使用这些自制仪器开展教学活动。这种公益模式不仅降低了学校的采购成本，还促进了优质教育资源的共享。”段满益老师说，“我们希望通过这种方式，点燃教师的教学热情，激发学生的学习兴趣，培养他们的创新思维。”
物理与电子工程学院大三学生王锐是该项目团队年轻成员中的主力军，目前在龙泉驿区航天中学实习，他说：“一年多来，我与王俊涛、肖雄、杨丽、杨玉洁、杨麒玉等同学一起，利用空余时间参与自制仪器项目，这不仅让我们对物理学知识有了更透彻的理解，还锻炼了我们的动手能力和团队协作精神，更坚定了我们从事教育事业的信心和决心。”
闫从华补充道：“我们团队有师生60余人，全是志愿服务，来参与项目都是带着对物理和教育的热爱。我印象很深的是，去年中秋、国庆时，我们正在为华南师范大学制作一批仪器，团队的同学主动说他们放假不回家，要和我们一起来完成这次制作，这不就是我们发扬和践行教育家精神、培养优秀教师的初心吗？”
目前，四川师范大学“光线-光波-光子”系列演示实验仪，已被复旦大学、中国科学技术大学、北京师范大学、中国光学学会成都科普基地（天府兴隆湖实验室）等10余所高校机构和成都七中、成都九中、阿坝州茂县中学、广东省惠来一中等20余所中学使用。“我们希望通过这种公益推广的方式，让更多学校使用这些低成本、高性能的光学仪器，进行课堂教学或者开展科普活动，为实现教育强国贡献一份力量。”闫从华说。
据了解，今年4月，四川师范大学物理与电子工程学院与成都七中合作，将组织凉山彝族自治州30余名初高中物理教师走进川师，参加自制仪器的专题培训。本次培训，采取校企合作的方式，通过和四川亿胜建设集团、四川文通云大数据科技有限公司等的合作，借助爱心企业的力量把自制仪器公益推广到教育资源相对薄弱的地区。
