利用自制實驗教具突破光學(xué)知識難點

丁云峰

摘 ?要 從新課導(dǎo)入、概念建立、規(guī)律總結(jié)、知識鞏固與規(guī)律應(yīng)用四個方面，探尋初中光學(xué)自制演示教具策略，并以“視力的矯正”中形象直觀的自制水透鏡為例，進行深入探究。

關(guān)鍵詞 初中物理;光學(xué);自制教具

中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）11-0123-03

1 前言

實驗是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生加深物理概念理解、落實理論聯(lián)系實際的重要方法。而初中物理光學(xué)演示實驗效果往往不佳，如在探究反射角與入射角的大小關(guān)系時，常常由于尺寸太小，使得學(xué)生難以直觀感受，許多實驗只能通過講實驗或者播放教學(xué)視頻的方式完成教學(xué)，學(xué)生創(chuàng)新精神和動手實踐缺乏。并且相當(dāng)數(shù)量的光學(xué)實驗實現(xiàn)困難，學(xué)生課后無法獨立完成探究，致使許多學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的興趣逐漸被磨滅。教師應(yīng)充分利用日常生活中隨手可得的材料，制作非常規(guī)的物理實驗教具，有效突破光學(xué)教學(xué)難點，這在初中物理教學(xué)中具有重要的意義。

2 初中光學(xué)自制演示實驗教具策略

和其他課堂教學(xué)一樣，初中物理光學(xué)實驗也是由新課導(dǎo)入、概念建立、規(guī)律總結(jié)、知識鞏固與規(guī)律應(yīng)用四個環(huán)節(jié)組成，并且每個教學(xué)環(huán)節(jié)都有不同的要求和特點。在具體利用自制教具演示光學(xué)教學(xué)實踐中，教師應(yīng)明確實驗演示在上述哪個環(huán)節(jié)發(fā)生，從而根據(jù)相應(yīng)環(huán)節(jié)的要求選擇實驗方案。隨后，根據(jù)實驗方案有針對性地選擇自制演示實驗教具，組織學(xué)生探究。

新課導(dǎo)入 ?為了激發(fā)學(xué)生求知的欲望，在利用自制演示實驗教具創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境、實施課堂導(dǎo)入時，教師應(yīng)盡量選擇一些新奇、生動有趣的自制演示實驗教具，最大限度地體現(xiàn)實驗的直觀性和趣味性等特征，有效激發(fā)學(xué)生的興趣。以探究“光的折射規(guī)律”為例，在課堂導(dǎo)入時，相當(dāng)數(shù)量的教師會呈現(xiàn)筷子放入盛滿水的杯子這一操作，太沒有新意。筆者為了激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)，引發(fā)原有認知沖突，創(chuàng)設(shè)了“隱形硬幣實驗”，即將硬幣放在盛滿水的臉盆中，然后將玻璃杯垂直壓入水中蓋在硬幣上，讓學(xué)生觀察能否看到硬幣？再將玻璃杯稍微傾斜壓入水中蓋在硬幣上，讓學(xué)生觀察能否看到硬幣？

又如平面鏡成像是光學(xué)知識的重點實驗，筆者在本節(jié)課導(dǎo)入時，借助玻璃杯、蠟燭、水等生活中常見物品，在玻璃杯中盛適量水，在玻璃杯后放置一支點燃的蠟燭，其中玻璃杯所盛水的高度以未達到火焰高度為宜;然后要求學(xué)生向玻璃杯中逐漸倒水，觀察“蠟燭在水中燃燒”的奇怪現(xiàn)象，從而激發(fā)學(xué)生探究的興趣。

物理概念建立 ?物理概念是物理對象屬性在學(xué)生頭腦中的反映，是對某類物理現(xiàn)象進行實驗和觀察的基礎(chǔ)上對其共同的本質(zhì)屬性加以抽象和概括而形成的。在物理概念建立階段，教師應(yīng)用自制演示實驗教具創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，從而幫助學(xué)生從實驗現(xiàn)象中不斷理解其概念。例如：在建立光的折射概念時，筆者利用激光筆照射半圓形玻璃磚，要求學(xué)生觀察光在玻璃磚內(nèi)的偏折現(xiàn)象;在建立光的色散的概念時，筆者利用日常生活中的梳妝鏡、洗臉盆，將梳妝鏡斜置放入盛滿水的洗臉盆中，然后適當(dāng)調(diào)整梳妝鏡角度，讓學(xué)生觀察照射到墻面上的彩虹，從而建立光的色散的概念。

物理規(guī)律總結(jié) ?物理規(guī)律的獲得常常需要通過科學(xué)探究后不斷歸納和總結(jié)，而科學(xué)探究包括創(chuàng)設(shè)情境、猜想與假設(shè)、設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析與論證等環(huán)節(jié)。為了有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究技能，教師應(yīng)在以下幾個環(huán)節(jié)有效應(yīng)用自制演示實驗教具。

1）創(chuàng)設(shè)情境，提出問題。合理有效的問題能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機，而問題的提出方式也在一定程度上決定了學(xué)生參與探究的程度。因此，在實驗探究之前，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)情境，明確演示實驗的目的和要解決的問題。如在組織學(xué)生探究光的反射定律時，筆者要求學(xué)生自制簡易潛望鏡，即將兩面平面鏡以45°左右的角度固定在一個方盒兩端，要求學(xué)生思考為什么通過這種簡易潛望鏡就可以看見視線上方的物體。然后要求學(xué)生描繪出這種潛望鏡的光路圖，思考這種簡易潛望鏡在日常生活中具有哪些應(yīng)用。

2）猜想假設(shè)，設(shè)計實驗。問題提出后，教師應(yīng)組織學(xué)生利用已有物理知識及生活經(jīng)驗對問題進行分析和思考，及時找出問題解決的方法，精心設(shè)計問題解決方案。如在探究光的直線傳播實驗時，筆者利用多媒體呈現(xiàn)大自然的美好風(fēng)景，并在此基礎(chǔ)上要求學(xué)生思考“光是如何傳播的”;然后要求學(xué)生各抒己見，提出射線、曲線、直線等多種假設(shè)，設(shè)計制定光在同種均勻介質(zhì)沿直線傳播的探究方案。

3）進行實驗，收集數(shù)據(jù)。實驗既可以要求學(xué)生和教師相互配合完成，也可以由教師單獨演示完成，并在此基礎(chǔ)上要求學(xué)生主動觀察實驗，收集相關(guān)數(shù)據(jù)。仍以探究光的直線傳播實驗為例，首先，應(yīng)用激光筆將一束激光水平射入一杯低濃度紅糖水中，其實驗現(xiàn)象如圖1所示;其次，應(yīng)用激光筆將一束激光水平射入一杯倒入大量糖卻不攪動的水中，其實驗現(xiàn)象如圖2所示;最后，要求學(xué)生對比這兩種現(xiàn)象，思考光在介質(zhì)中是否總是沿直線傳播，從而得出只有光在同種均勻介質(zhì)中總是沿直線傳播的結(jié)論。

知識鞏固與規(guī)律應(yīng)用 ?在歸納總結(jié)出實驗規(guī)律后，教師應(yīng)進一步引導(dǎo)學(xué)生加深對知識點的掌握，鞏固和應(yīng)用實驗規(guī)律，幫助學(xué)生不斷建立起物理概念和規(guī)律與日常實際生活的聯(lián)系。如在學(xué)生總結(jié)出光沿直線傳播的結(jié)論后，筆者及時呈現(xiàn)日食、日全食等學(xué)習(xí)資料，要求學(xué)生以小組為單位，利用日常生活材料自制教具演示日食、日全食等天體現(xiàn)象，幫助學(xué)生進一步完善知識結(jié)構(gòu)。

3 初中光學(xué)自制演示實驗教具教學(xué)實踐

僅有相關(guān)理論是不夠的，而初中光學(xué)自制演示實驗教具教學(xué)應(yīng)該是理論與實際相結(jié)合。筆者以蘇科版初中《物理》八年級教材第四章“透鏡及其應(yīng)用”中第三節(jié) “視力的矯正”為例，借助形象直觀的自制水透鏡模擬眼睛，有效呈現(xiàn)近視眼、遠視眼的成因和矯正原理。

創(chuàng)設(shè)情境，提出問題 ?為了充分調(diào)動學(xué)生參與實驗探究的積極性，教師隨機邀請一名眼睛近視的學(xué)生摘掉眼鏡，要求他說出近視的感覺。其他學(xué)生對比觀察這位學(xué)生的眼睛與正常學(xué)生的眼睛有什么不同之處，教師在學(xué)生觀察總結(jié)的基礎(chǔ)上，總結(jié)得出眼睛近視學(xué)生眼球凸出的結(jié)論。要求學(xué)生思考為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，猜想出近視的原因與眼晶狀體的厚度有關(guān)。

交流討論，設(shè)計實驗 ?為了進一步探究近視眼的成因，有效驗證學(xué)生所作的猜想，及時呈現(xiàn)眼球的構(gòu)造，如圖3所示，要求學(xué)生充分了解眼睛能夠看到物體的原理。并在相互討論交流的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生思考視網(wǎng)膜、晶狀體和角膜所組成的共同體的具體作用，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出視網(wǎng)膜相當(dāng)于光屏，晶狀體和角膜共同作用相當(dāng)于凸透鏡。參照眼球構(gòu)造原理，讓學(xué)生自主設(shè)計制作水透鏡模擬眼睛，如圖4所示。其具體做法是在橡膠接口處連接一個注射器，其他各部分確保封閉緊密;隨后通過注射器向橡膠內(nèi)注入適量水，將注入水的橡膠放入凸透鏡套殼內(nèi)并加以固定。要說明的是，為了能夠模擬晶狀體的厚薄，實驗可以通過所連接的注射器改變水透鏡的厚薄，從而達到相應(yīng)實驗的結(jié)果。

實驗探究、收集數(shù)據(jù)

首先，提前準備好實驗所需的光具座、光屏、蠟燭和自制的水透鏡等實驗器材，并按照圖5所示示意圖安裝好。

其次，點燃蠟燭，將蠟燭放置在離自制的水透鏡距離25 cm以外，移動光屏位置直至光屏上呈現(xiàn)清晰的蠟燭像，并要求學(xué)生仔細觀察光屏上所呈現(xiàn)的像。

再次，應(yīng)用自制水透鏡自身所攜帶的注射器注水，使自制水透鏡變厚，要求學(xué)生仔細觀察光屏上所呈現(xiàn)的像，結(jié)合現(xiàn)實生活中近視眼睛學(xué)生的做法，討論如何才能重新使光屏上所成的像再次變清晰，并進一步驗證學(xué)生的想法，即適當(dāng)調(diào)近蠟燭與自制水透鏡之間的距離，或者在蠟燭和自制水透鏡之間放上近視眼鏡。

最后，要求學(xué)生模擬近視眼，探究近視眼的成因和矯正措施，嘗試描繪出近視眼的成因光路圖和戴眼鏡的矯正光路圖，分別如圖6、圖7所示，即：眼睛晶狀體太厚，折光能力太強，使得物體成像于視網(wǎng)膜前，需要凹透鏡矯正。并交流探討預(yù)防近視的措施。

在此基礎(chǔ)上，要求學(xué)生繼續(xù)探究遠視眼的成因和佩戴眼鏡的矯正光路圖，分別如圖8、圖9所示，即：眼睛晶狀體太薄，折光能力較弱，使得物體成像于視網(wǎng)膜后，需用凸透鏡矯正。并交流探討如何養(yǎng)成正確用眼的習(xí)慣。

實驗小結(jié)，總結(jié)提升 ?要求學(xué)生以本節(jié)課程的收獲和問題為主題進行總結(jié)歸納，及時補充相關(guān)知識。如相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生提出通過上述實驗現(xiàn)象看到的物體應(yīng)該是倒立的，但在實際生活中觀察到的物體是正立的。因此，筆者及時呈現(xiàn)視網(wǎng)膜上130多萬個感光細胞、光信息大腦處理等知識。同時，要求學(xué)生進行自評和互評，為優(yōu)等生、視力眼睛愛護者、光學(xué)知識愛好者提供探究的方向，及時提供閱讀書籍或相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接，最大限度地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。對于一些學(xué)困生給予鼓勵性的評價，如“你真棒”“你也是視力矯正方面的小專家”等激勵性言語。

4 結(jié)語

綜上所述，在初中物理光學(xué)教學(xué)中，如果教師按照教材演示光學(xué)實驗，則相當(dāng)數(shù)量的實驗教學(xué)效果將會大打折扣。因此，教師應(yīng)結(jié)合實際，選擇合適的器材，或是利用日常生活中的物品自制實驗教具，利用自制教具探究知識，這樣不僅能夠激發(fā)學(xué)生探究的興趣，而且能增強課堂實驗教學(xué)效果。

參考文獻

[1]楊艷玲，付麗萍.創(chuàng)造技法在自制教具中的運用：以“力的分解演示儀”為例[J].物理通報，2019（1）：91-95.

[2]趙秋燕，高翔，林宏宇.自制教具突破測量降雨量教學(xué)難點[J].教育與裝備研究，2018（12）.