創(chuàng)設(shè)有效的實驗探究

劉桂斌

學(xué)生親身做實驗不僅能使學(xué)生生動地感知物理現(xiàn)象，加深對物理知識的認識，更重要的是能使學(xué)生理解和掌握運用實驗手段處理物理問題的基本程序和技能，培養(yǎng)嚴(yán)謹細致的科學(xué)態(tài)度。筆者就《光的折射定律》教學(xué)過程中遇到的實驗問題，按照課標(biāo)要求，最終創(chuàng)造條件把演示實驗轉(zhuǎn)換成為學(xué)生分組實驗的經(jīng)歷做一剖析，加強大家對學(xué)生實驗的重視。

1備課思考

光折射的內(nèi)容學(xué)生在初中有一定的定性接觸和了解，粵教版3-4第3章光學(xué)的《光的折射定律》可以說是初中知識基礎(chǔ)上的深化和拓展，經(jīng)過一番思考，總體進行了如下的設(shè)計。

（1）以學(xué)生在初中了解的知識進行提問：光在介質(zhì)中是如何傳播的？

提問的最主要目的是糾正有些學(xué)生的錯誤概念，加深學(xué)生對“光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”的認識，同時引入本節(jié)新課：如果不是同一種均勻介質(zhì)將可能發(fā)生折射，進入本節(jié)主題。

（2）利用光的折射激光實驗儀進行光的折射演示實驗，讓學(xué)生做實驗，完成表格，總結(jié)出對某一確定介質(zhì)，光線入射角和折射角的正弦之比是不變的，即sini/sinr=n（n為常數(shù)），從而得出光的折射定律。

目的是加強師生的互動，突出學(xué)生的主體地位，加強學(xué)生的自主探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力，同時也活躍課堂氣氛，切合新課標(biāo)的過程與方法的要求。

（3）理論和實驗相結(jié)合，從惠更斯原理出發(fā)，請學(xué)生從理論推導(dǎo)sini/sinr=v1/v2，進一步驗證sini/sinr=n的正確性。

目的是讓學(xué)生在理論和實驗兩方面認識光的折射定律，提高學(xué)生的運用和推導(dǎo)能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

（4）引入折射率，得出公式n=c/v，理解光密和光疏介質(zhì)概念，得出介質(zhì)折射率n大于1的重要結(jié)論。

（5）討論光從光密到光疏介質(zhì)、光從光疏到光密介質(zhì)的折射角關(guān)系和折射率的計算。

（6）學(xué)生練習(xí)，設(shè)計幾道練習(xí)針對重點和難點進行鞏固和提高。

2提出問題

教學(xué)設(shè)計完成后，馬上進入實驗教學(xué)備課工作，實驗教學(xué)備課是完成教學(xué)整體設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)達到實驗?zāi)繕?biāo)的重要步驟要做到備大綱、備教材、備學(xué)生，進而明確實驗教學(xué)的具體目標(biāo)。課前，教師一定要先動手做一做準(zhǔn)備實驗，對實驗中的重點、難點、可能出現(xiàn)的問題做到心中有數(shù)。

筆者在實驗室準(zhǔn)備光的折射激光實驗儀時，發(fā)現(xiàn)實驗室只有一臺實驗儀可以使用，在實驗準(zhǔn)備室，經(jīng)過一番調(diào)試，測量了幾組數(shù)據(jù)進行驗算，結(jié)果比較準(zhǔn)確?？紤]到公開課時是學(xué)生來動手演示，筆者找來兩個學(xué)生，布置他們預(yù)習(xí)《光的折射定律》，要求他們第二天用光的折射激光實驗儀來做折射定律的實驗并進行數(shù)據(jù)處理，看看學(xué)生在實驗中會出現(xiàn)什么問題。

第二天下午，兩個實驗員和筆者做觀眾，由學(xué)生進行實驗操作，很順利，在6 min內(nèi)完成并且處理了數(shù)據(jù)。但在下面只能夠看見兩個學(xué)生忙個不停，看不見激光束，更不知道具體的實驗環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)是否合理、準(zhǔn)確。如果是筆者在上面上課，下面的學(xué)生肯定也會和筆者有一樣的感覺，其他學(xué)生只是看熱鬧，這樣的演示實驗是失敗的。怎樣讓全體學(xué)生看得更清楚呢？借助實物投影儀應(yīng)該可以解決這個問題吧？可以讓實物投影儀的攝像頭對準(zhǔn)光的折射激光實驗儀，然后再投影到屏幕。于是把折射激光實驗儀搬到有實物投影儀的教室，整個儀器被放大顯示在屏幕上，甚至連底板角度刻度也比較清晰，心想這次應(yīng)該沒問題了。為了保險起見，叫兩個學(xué)生再做一遍，結(jié)果令人失望，激光束很難被清晰地投影出來，意味著這種方法也是不可行的！怎么辦？不要說創(chuàng)造性地開展實驗，課本現(xiàn)有的實驗都完成得不理想，這樣顯然不利于教學(xué)重難點的突破?？磥碜鲞@個實驗要達到預(yù)期的效果，還是需要幾個人1臺實驗儀器，讓每個學(xué)生親自動手，這樣不但能增強學(xué)生的動手能力，而且能夠突破教學(xué)的重難點，加深對理論知識的理解。但學(xué)校只有1臺光的折射激光實驗儀，這想法似乎有點不著邊際。能否創(chuàng)造條件讓學(xué)生進行小組實驗?zāi)兀?/p>

3分析與對策

筆者仔細研究了光的折射激光實驗演示儀，發(fā)現(xiàn)實際上它是由激光發(fā)生器、半圓形玻璃磚、角度刻度盤3部分組成。半圓形玻璃磚可以旋轉(zhuǎn)，玻璃磚的圓心和角度刻度盤的中心重合。我們可以組合簡單的光的折射激光實驗演示儀：用激光筆代替激光發(fā)生器，用紙畫一個角度刻度盤，加上實驗室的半圓形玻璃磚就行。筆者把自己的想法和實驗員進行了交流，一致認為這樣實驗的效果好，實驗室能提供足夠的激光筆和半圓形玻璃磚，只是圓形角度刻度紙沒有，要自己解決。回到辦公室，發(fā)現(xiàn)靠自己手工畫，很難準(zhǔn)確畫出一個最小刻度為2°的圓形角度刻度紙，于是想到利用電腦進行畫圖，應(yīng)用數(shù)學(xué)教師提供的幾何畫板程序，不斷嘗試，終于找到了一種比較“笨”的方法完成180等分圓周：首先是利用按鈕畫一個圓，然后點擊“構(gòu)造”菜單下圓上的點，再點擊“變換”菜單下的旋轉(zhuǎn)命令，設(shè)置固定2°進行旋轉(zhuǎn)，繪制了一個被均勻等分的半圓，然后復(fù)制到畫圖中，經(jīng)過編輯，一個均勻等分180份的圓周完成了。為了實驗測量的方便，如圖1標(biāo)上刻度，并且把0°和0°兩點連線，90°和90°兩點連線，標(biāo)出交點圓心位置O。

圖1自制角度刻度盤實驗時，要把半圓玻璃磚的直徑平面對準(zhǔn)90°和90°兩點連線，玻璃磚的圓心和O點重合，即0°和0°兩點連線為法線，讀出激光筆的激光入射角和折射角。

4課后思考

本節(jié)公開課，由兩個學(xué)生一小組進行分組實驗，課堂氣氛活躍，學(xué)生一個操作實驗一個讀數(shù)相互配合，每個學(xué)生都認真動手測量，各小組實驗數(shù)據(jù)接近，而且誤差都比較小，基本能夠得出sini/sinr接近常數(shù)。有意思的是，聽課教師也認真參與學(xué)生的測量，對學(xué)生進行了指導(dǎo)，對學(xué)生的測量結(jié)果比較滿意，并對學(xué)生進行分組實驗環(huán)節(jié)給予了高度評價。

在“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價值觀”的“三維目標(biāo)”中，要特別重視“過程與方法”的體驗，做好課堂演示和分組實驗，增強學(xué)生的實驗儀器使用、實驗現(xiàn)象的觀察能力。教師要克服困難、創(chuàng)造條件讓學(xué)生進行分組實驗。學(xué)生只有在參與的過程中獲得成功，才能更好體會學(xué)習(xí)物理的樂趣與價值，才能在學(xué)習(xí)的過程中迸發(fā)出激情的火花，感受學(xué)習(xí)物理的快樂，領(lǐng)悟自然的和諧與奇妙。