塞曼效应实验教学微视频的设计与应用

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中图分类号：04-39；0562.32

文章编号：1005-4642（2025）10-0025-07

在当今数字化时代，教育领域正经历着深刻变革.第二十次全国代表大会报告强调要“推进教育数字化”.教育数字化是建设教育强国的重要基础，面对数字时代的到来，教育必须适应社会变迁并加速变革，培养适应未来社会的时代新人[]．数字化教学成为推动教育高质量发展的重要力量，具备资源共享便捷、教学形式多样、学习过程可追踪等特征，可为各学科教学注人新活力.

近代物理实验作为物理专业学生必修的专业基础课程，同时也是其他理工科学生的选修课程，在培养学生物理素养与实践能力方面起着关键作用[2]．然而，近代物理实验属于物理学本科专业中的高阶物理实验，理论性深且实践性强．在传统预习过程中，学生仅依靠课本上的理论知识，缺乏对实验原理的具象化剖析，导致在预习阶段难以有效理解实验内容，进而在课堂学习时产生诸多疑问，严重影响教学效果.

为此，本文以塞曼效应实验为例，探索物理实验微视频辅助教学模式.塞曼效应作为近代物理实验的重要组成部分，是物理学史上关于光与电磁现象之间关系的著名物理实验．它证实了原子磁矩的空间量子化，通过该效应可获取有关能级的数据，从而计算原子总角动量量子数和朗德因子，至今仍是研究能级结构的重要方法．同时，塞曼效应是量子力学建立初期重要的实验依据，其涉及的原子磁能级分裂（塞曼分裂）以及分裂谱线的偏振特性是所有磁共振实验及设备设计的基础[2]．借助数字化的微视频教学，能够将塞曼效应实验的抽象原理具象化，为物理实验教学提供思路与案例，助力提升教学质量，顺应国家教育数字化发展趋势.

1 实验微视频的设计

1. 1 实验教学疑难点

塞曼效应作为经典的近代物理实验，利用法布里-珀罗（F-P）标准具研究 Hg546.1nm 的塞曼分裂现象，测量各分裂谱线的波长差及电子荷质比，验证塞曼效应的理论推导结果[3]．实验内容包括光学系统调节、观察 Hg546.1nm 谱线塞曼分裂现象、确定分裂谱线偏振状态以及测量电子荷质比等.其中，F-P标准具的调节作为实验的重点，其原理难以可视化地剖析讲解，以致学生难以掌握F-P标准具的调节方法，成为教学难点．在实验过程中，仪器的调节效果因人而异，学生缺乏对调节时所应得到的正确图像的认识，不利于学生有效地完成实验.同时，调节电源电压或偏振片时，谱线变化模糊且不连续，难以通过观察实验现象得到正确结论.在区分振动方向平行于磁场的线偏振光（ π 线）和振动方向垂直于磁场的线偏振光（ σ 线）时，学生对偏振光方向变化的理解不清晰，无法掌握利用偏振片区分 σ 线和 π 线的原理．这些疑难会伴随学生的实验过程，导致学生知其然不知其所以然，只会操作不懂原理，使得教学效果大打折扣.

笔者通过前期的调研和讨论，针对塞曼效应实验真实课堂教学中遇到的问题，尝试改进教学模式，以物理实验辅助微视频的形式，让学生能够通过动画演示理解实验原理、了解实验过程、明确实验目标，最终起到辅助实验教学的作用．因此，设计该微视频按照逻辑顺序展示塞曼效应实验的实验原理与调节方法，通过生动形象的动画演示，将实验原理与操作过程具象化，帮助学生掌握该实验.

1.2 视频内容设计

根据实验教学要求，视频主要围绕塞曼效应实验内容展开，由实验仪器介绍和实验步骤组成.

实验步骤板块主要分为横向观察演示和纵向观察演示2部分，包括：调节光学元件等高共轴，调节F-P标准具，横向观察有无磁场作用下的谱线变化，旋转偏振片观察沿磁场方向塞曼分裂情况，测量干涉圆环直径并计算荷质比观察纵向塞曼效应，该辅助教学微视频，以生动直观的动画和清晰易懂的讲解方式，帮助学生解决预习和实验过程中遇到的疑难点，达成剖析重点光学元件原理、展示调节时的正确现象、同屏演示谱线变化过程和演示线偏振光振动方向的教学目标，

1）在实验仪器介绍部分，通过视频动画依次介绍实验所需仪器及其作用，如图1（a）所示，达到立体直观的效果．在介绍F-P标准具时对仪器进行拆解，着重讲解仪器的内部构造；同时将仪器进行简化，抽离出2块楔形玻璃板，演示光在两板间的光路4如图1（b）和图1（c）所示，便于学生更加直观地理解F-P标准具的分光原理以及调节方式，解决了重点元件原理难可视化的问题，

2）实验的光路调节部分，包括等高共轴、焦距调节和F-P标准具的调节.图2中动画在展示F-P标准具的调节方法时，给出了元件调节时应该观察到的正确现象，帮助学生迅速完成光路调节[5].

3）在观察塞曼分裂现象部分，同屏展示了电源电压调节过程和对应的谱线变化，如图3所示，呈现出正确、清晰的实验现象．通过视频演示，帮助学生理解塞曼分裂现象并掌握谱线重叠的原理，解决了谱线变化模糊等问题。（剩余4280字）