以知識體系為核心的自制教具系列化及實驗開發(fā)*——以光的折射為例

吳小兵　王秀玲

(灌南縣初級中學　江蘇 連云港　222500)

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以知識體系為核心的自制教具系列化及實驗開發(fā)*
——以光的折射為例

吳小兵王秀玲

(灌南縣初級中學江蘇 連云港222500)

摘 要：針對當前自制教具存在的一些缺點，以蘇科版八年級上冊“光的折射”為案例，提出改進方案及“自制教具系列化”的觀點，并從知識體系視角展開討論．

關鍵詞：自教教具系列化物理實驗實驗開發(fā)

自制教具曾因取材方便、制作簡單、造價低廉且有利于培養(yǎng)學生的動手能力與創(chuàng)新精神等特點而備受吳有訓、朱正元等老一輩物理教育家的推崇與提倡．“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”的主張被大多數(shù)教師接受并自覺落實到日常的教學實踐中，但是教師在自制教具過程中往往只局限于某一個實驗難點，解決某一個具體問題，缺乏更寬廣的視野．另一方面，教師缺乏教材的再加工能力，教具與教材的整合度不行，教具在使用過程中往往沒有取得預期的效果．

基于以上現(xiàn)狀，筆者提出“自制教具系列化”的觀點，在低成本的原則下，以蘇科版“光的折射”一節(jié)為例，談一談以知識體系為核心的系列化教具及實驗開發(fā)，并附上相應點評．

1體現(xiàn)新奇激發(fā)興趣

教具制作：對市場的噴壺的噴嘴適當改進，可以使噴出水的霧化效果更好，如圖1所示．用雙面膠將一角硬幣粘在紙杯的杯底，防止倒水時水流沖擊改變硬幣位置的現(xiàn)象發(fā)生．為了便于學生理解，還可以用勾線筆在紙杯與硬幣的邊緣各點上一點，如圖2所示，當觀察到兩點在一條直線上時向杯內(nèi)加水．

圖1　噴嘴改進后的噴壺　　　　圖2　用雙面膠將硬幣

課堂開始通過一組實驗引入，而不是一個．自己制作人工彩虹，真實，迅速拉近與學生之間的距離，并且使彩虹在房間內(nèi)出現(xiàn)，制作簡單，趣味性強．“硬幣再現(xiàn)”小實驗則是分組實驗，在活動中體現(xiàn)“新鮮”、“奇特”的特點，激發(fā)學生的興趣，引發(fā)學生的思考．要想揭密，必須闖過4關．根據(jù)八年級學生的心理特點，通過“闖關”設置，進一步激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生在學習過程的團隊合作精神．

2注重實驗突顯概念

教具制作：找一塊1.5cm×16cm×26cm木板作為底座，在底部開一約4cm的窄槽，使4cm×33cm的PVC明線線槽的槽蓋豎直接入木板，PVC材料與木板之間用薄鐵片固定，如圖3所示．

圖3　自制的多功能支架

在距PVC材料頂端約1cm處用AB膠粘上一個磁性較強圓形小磁體．在裝激光筆筆套的底面也用AB膠粘上一個小磁體，如圖4所示．制作時注意磁體極性，一定要保持異名磁極相互吸引，這樣筆套可以吸附在支架上，且入射角度可以隨意調節(jié)．當然，這是一個多功能支架，還有其他許多用途，因與本節(jié)內(nèi)容不相關，所以不展開討論．

圖4　PVC材料頂端粘上一圓形小磁體(下)

自制物理支架，用于固定激光筆．由于是磁鐵吸附式固定，入射角度可以隨意調節(jié)；激光筆裝入筆套，避免了按鈕開關控制不便的問題．將課本實驗巧妙改進，不再是將激光束射至水槽底部，而是斜射至紙杯的內(nèi)壁，如圖5所示，學生從紙杯外側正面可以明顯看到光斑．向紙杯內(nèi)逐漸加水，可以看到光斑向下移動．通過學生討論分析，判斷出偏折處在空氣與水的分界面；通過作圖，還原實驗，并引出光的折射概念．這樣的概念建立過程，突顯了實驗在概念建立中的重要作用，培養(yǎng)了學生的觀察能力，也培養(yǎng)了學生理性的思辨能力．另一方面，通過光從空氣斜射入水中的實例建立光的折射概念，也為光的折射規(guī)律的歸納作了鋪墊．

圖5　支架采用磁鐵吸附式固定激光筆，隨意調節(jié)光的入射角

3分組活動規(guī)律探究

教具制作及操作：將實驗的長方形玻璃磚4個側面粘上磁性較強的小的圓形磁體，如圖6所示，這樣玻璃磚便可以吸附在磁性黑板上．

圖6　玻璃磚側面粘上磁性較強的小圓形

同樣吸附在黑板上的筆套內(nèi)激光筆打出一束光穿過玻璃磚，現(xiàn)象明顯，如圖7所示．如果再用一支綠色的激光筆沿著圖7下方的光路反向照射，兩種顏色的光路重合．

圖7　吸附在黑板上的激光筆射出一束光穿過玻璃磚

要想探究活動有效，實驗前的指導顯得非常重要．實驗指導不到位，學生對于實驗目的、實驗步驟、觀察對象等不清楚，課堂往往會失控；實驗指導越位，則“探究”變味，變成了假探究．本節(jié)課的分組實驗探究，通過問題設置，明確了光路的呈現(xiàn)方法；通過激光筆與筆套的組合，使實驗操作難度降低，實驗效果得到明顯改善．活動拓展，追問式的問題設置，使得“光的折射中光路可逆性”活動自然流暢，更加深入．

4運用對比歸納有序

教具制作及操作：將一半圓形水槽內(nèi)側粘一磁性較強的圓形小磁體，保證水槽與磁性黑板良好的接觸．水槽兩側用磁性材料固定，防止水槽向下滑落，如圖8所示．考慮到黑板吸收色光能力強，所以實驗時一般在黑板上貼一張白紙為背景．當光從空氣斜射入水時，光路清晰可見，如圖9所示．

圖8　用磁性材料將半圓形的　　圖9　光從空氣斜射入

通過光從空氣斜射入水中的演示實驗和光從空氣斜射入玻璃的分組實驗對比，歸納其相同點．這種對比體現(xiàn)在3個方面：

(1)實驗現(xiàn)象對比．通過磁性較強的磁鐵，將光斜射入水和玻璃兩套器材吸附在黑板上進行對比；

(2)作圖對比．根據(jù)實驗現(xiàn)象，將兩種情況的折射圖畫在黑板上；

(3)PPT歸納對比．通過PPT兩列呈現(xiàn)，歸納其相同點．這種比較是基于實驗的比較，并且富有技巧．

5一圖三用演繹升華

學以致用，演繹升華．運用光路可逆，作出光從水中斜射入空氣中的折射光線，如圖10所示．若A點分別是“池塘底部”、“水中的魚”和“筷子的端點”等3種常見情景，運用“光的折射規(guī)律”解釋，并且通過一個作圖來解釋．這種演繹，即是一種一般到個別的案例分析，同時案例分析中也有求同比較，有利于提升學生對于問題的理解能力．

圖10　光的折射光路圖

6實驗驗證再次提升

這還不是全部，在一圖三用處理結束后，通過器材，又給學生做了一個驗證性實驗，如圖11所示，兩束激光從水槽底部入射經(jīng)水的折射從水面射出．對圖片采用局部遮擋，如圖12所示．

一圖多解是理性的分析與呈現(xiàn)，將演繹方法充分發(fā)揮，而再輔以實驗加以直觀的驗證，則更好地體現(xiàn)完整性，更具視覺沖擊和心理震撼，因為此時的實驗現(xiàn)象存在著一種理性的必然性，是物理規(guī)律的具體呈現(xiàn)．

圖11　兩束激光從水槽底部　　圖12　將圖片局部擋住，可得

前面4關，通過系列化的自制教具完成對實驗的深度開發(fā)，這一系列的實驗分別側重培養(yǎng)學生的觀察和判斷能力、動手操作能力、歸納能力、學以致用能力．學生連過4關后，到了揭密環(huán)節(jié)．一圖再用，學生精彩的回答是整節(jié)課教學效果的一個縮影．揭密與設疑首尾呼應，使得課堂更加完整．課堂的總結，不再是“今天我們學到了什么”式的學生散亂的知識的拼湊，而是以知識為載體，突顯過程與方法．在教學過程中注重“歸納”與“演繹”的隱性滲透，最后總結時適度顯性點撥，分寸把握得很好．教師介紹了“實驗—歸納—演繹”這一方法的產(chǎn)生及其在物理學史中的重要地位．這樣的總結，豐富了維度，突顯了概念和規(guī)律的建構過程，注重方法的隱性滲透，更介紹了相關的物理學史，三者很好地整合為一體，課堂顯得厚重完整．

本節(jié)課堂教學案例，體現(xiàn)了較高層次的整體性．設計不再拘泥于個別實驗，而是以一節(jié)甚至是一章的實驗進行整體設計，體現(xiàn)了教師寬廣的視野和對教材的加工處理能力．教師自制教具，精心設計，實驗現(xiàn)象明顯；以問題為導向，以實驗為基礎，優(yōu)化過程，突出概念和規(guī)律的建立過程．課堂始終關注學生，以學生為教學的中心，根據(jù)學生的心理特點，設置闖關游戲，使得學生在不知不覺中完成學習內(nèi)容.整個過程，環(huán)環(huán)相扣，趣味性強．以知識為載體，注重概念和規(guī)律的建立過程，注意方法的隱性滲透與適度點撥．“實驗—歸納—演繹”方法論的簡介使得課堂教學更顯厚重，課堂維度完整，突出了新課程的三維目標．整個過程，流暢自然，由內(nèi)而外，自然呈現(xiàn)．

以上所舉的案例是以教材中的一節(jié)知識體系為核心進行深度開發(fā)，結合系列化的自制教具進行的微觀操作．在微觀的操作過程中，又體現(xiàn)了較為宏觀的視野．以知識體系為核心的系列化自制教具及實驗開發(fā)，就是圍繞中學階段物理教學的知識為切入點，以自制教具和實驗開發(fā)為主線，從教學活動展開，構建整個學科知識體系．

以知識體系為核心的系列化自制教具及實驗開發(fā)，存在不同的視角，例如本文所舉案例是根據(jù)一節(jié)內(nèi)容進行教具系列化、還可以根據(jù)一章內(nèi)容進行教具系列化或以某一板塊內(nèi)容為核心的教具系列化，如圖13所示的多功能光學演示器就可以用于整個光學教學．

圖13　自制的多功能光學演示器

自制教具系列化及實驗開發(fā)，通過這一路徑，有利于提升教師的專業(yè)素養(yǎng)，有利于提高教師對教材的理解和加工能力，提高開發(fā)資源能力，整合教材與各種資源的能力．自制教具系列化及實驗開發(fā)，也有利于激發(fā)學生的興趣，培養(yǎng)動手能力，活躍并提高學生的思維能力．可以說自制教具系列化及實驗開發(fā)是提升學生科學素養(yǎng)的一條重要路徑．

總之，以知識體系為核心的自制教具系列化及實驗開發(fā)具有廣闊的天地，有待于進一步研究和討論．

作者簡介：吳小兵(1978-)，男，中學高級，主要從事中學物理教學及研究.江蘇省連云港市學科帶頭人．

收稿日期：*江蘇省教研室實驗教學研究第二期課題《對蘇科版物理教材部分實驗的改進研究》和連云港市中小學教學研究第九期課題“初中物理實驗個性化教學實踐研究”階段成果.