初中物理光學非常規實驗的開發和運用

摘 要：隨著課程改革的不斷推進，教學資源的含義不斷擴大，教學方式和教學素材也不斷地發生著變化。本文主要是通過如何開發非常規實驗為初中物理光學部分知識的課堂教學服務。

關鍵詞：非常規實驗；課堂教學

非常規實驗的界定

非常規實驗是指相對于直接利用學校實驗室裝備的專門實驗器材完成教材或課標要求的學生探究實驗與老師演示實驗，有意圖選擇和利用實驗室之外的其他材料、物品和器具等生活環境資源及改進、研發自制的實驗器具開展的物理教學。本文講述光學部分的課堂教學中非常規實驗的開發與運用。

一、 改進光源裝置使實驗現象更加簡潔明顯，將教師演示實驗改成學生探究實驗

初中物理教材中，安排學生探究實驗有：“凸透鏡成像規律實驗””平面鏡成像特點”，老師演示實驗有：光的直線傳播”、“光的反射”、“光的折射”以及“透鏡的會聚與發散”。這些實驗中大都需要用光源。目前學校大都購置激光筆或者玩具鐳射筆充當光源。由于光筆發出的光波無法在空氣中顯示出傳播路徑，老師大都采用吐煙霧或者噴水霧以減少實驗操作的難度。但是由于光束較弱，可見度差，實驗現象不明顯，我和我的同事在不斷思考和嘗試中，給激光筆進行簡單改造：在筆的前面加一圓柱玻璃棒，使原來的線光源變成柱光源，能清晰的在板上顯示出光線，并且粘上一小扣，能夠穩定地放置，以便實驗操作。如圖1所示。

有了這一光源，使光反射定律的探究實驗更加簡潔明顯。只要一張白紙、一塊小鏡子、一把量角器就可完成該實驗。在桌上鋪上白紙，把小鏡子垂直白紙放置，把改造后的光源對準鏡子照射，此時就會在白紙上清晰出現入射光線和反射光線（如圖2），用筆把紙上這兩光線和鏡面的位置畫出。改變入射的角度，用同樣的方法可在白紙上留下多組的光線，并用不同的字母對應標記。用量角器測量入射角和反射角，記錄數據，學生分析數據就可探究出光的反射定律。

有了這一光源，使透鏡對光線的會聚、發散作用清晰呈現。在白紙上平行放置兩個光源，在白紙上就出現兩條平行光線，讓它們正對凸透鏡時，就會在凸透鏡的另一側出現會聚一點的光路圖，學生由此就立即理解凸透鏡對光線有會聚的作用，而且還可講解焦距這一概念。同樣若讓兩條平行光線正對凹透鏡，也會在凹透鏡的另一側出現發散的光路圖，學生由此理解凹透鏡對光線的發散作用，同時也理解虛焦點。如圖3、4。

有了這一光源，配上實驗室的凸透鏡、凹透鏡、平面鏡，把教師演示實驗都可以改為學生探究實驗。

二、 組織學生開展小制作，小實驗激發學生學習興趣

初中教材中光學部分的許多知識特別像“日食”、“小孔成像”、“照相機的調節”、“物體的顏色”、“眼睛的調節”及”近視眼睛、遠視眼睛的矯正”比較抽象，如果實驗過程的體驗只靠介紹，學生僅停留在想象中，無法直觀感知，是無法理解的。大多數老師依賴于多媒體課件模擬。盡管課件模擬能將抽象的知識形象化，但計算機所模擬的世界都是虛擬的，它所發生的現象和過程都是人為設計的，有其局限性，尤其無法讓學生信服。其實老師在上“小孔成像““照相機的調節”這些內容前，可以布置學生帶好材料：卡紙、雙面膠、半透明紙。指導學生制作簡易照相機活動。利用小孔照相機觀察蠟燭燭焰。不同學生扎的孔形狀不同，有圓形、線狀、有三角形等等，但學生在半透明紙上看到的像都是蠟燭燭焰的形狀。由于是學生自己觀察到的現象，就不再有”像的形狀跟孔的形狀有關“這個錯誤了。同時也幫助理解“實像”概念。正如意大利教育家蒙臺利說：“我聽了，我就忘了；我看了，我就懂了；我做了，我就理解了。”我曾在一份課外練習中看到一有關門鏡的題：說門鏡（貓眼）從里面看，是正立縮小的虛像，所以是凹透鏡。當時我們老師討論認為：安裝門鏡的目的是室內的人能在室內看清來訪者，而來訪者看不清室內情況。如果只是一個凹透鏡，來訪者也能看清室內的情況了，這顯然跟事實不符。于是我們給學生增加了一節內容：組裝門鏡。器材是凸透鏡、凹透鏡、卡紙（卷成紙筒用），通過這一節的學生活動，不單使學生了解到門鏡的結構，還知道了兩透鏡安放的位置及透鏡焦距等知識，最重要是激發學生學習興趣。

三、 自制實驗裝置，突破教學重、難點

初中物理教材中均安排有“光的色散 物體的顏色”這一節。在處理“物體顏色”這個知識點時教材只提：“不透明物體的顏色由其反射光的顏色決定”。這個內容的難點在于學生都處在太陽光環境中感受物體顏色，無法想象或者說無法相信物體只在單色光照射時的情況。以往老師們都是利用多媒體課件模擬，學生看完后都不相信。對這問題師生都表示很茫然，因為沒法解釋。我就思考解決這個問題的關鍵在于把物體放在暗室讓學生用單色光照射自己解決。后來我就利用鞋盒近似的模擬一個暗室，將鞋盒（挖兩小孔）內部涂層黑色，配上藍色、綠色、紅色玻璃片，鐳射筆（發白光）以及各種顏色的硬紙片。能夠讓每個學生觀察到透明物體與不透明物體顏色的決定因素。甚至還能觀察到不同單色光的混合情況。

教材中“眼睛和眼鏡”這一節的教學重點和難點是眼睛如何把遠、近不同的物體均能經過調節，清晰成像在視網膜上；近視眼、遠視眼的成因及矯正。現有實驗室只有眼球的結構模型和光具座，沒有關于眼睛的成像調節及矯正的實驗器材，無法模擬眼睛自動連續變焦的功能。在教學中如何突破這一重難點呢？如何讓學生在學習中通過實驗自主探究解決這一問題呢？我們設計了“眼睛的調節及矯正”激光演示器。取可樂瓶一小段，兩頭固定兩夾子（調節其曲度），裝水后可以模擬人眼睛的晶狀體。配上光具座、眼睛模型板、光源（夾角可調的雙狹縫激光光源）、市售近視、老花鏡片。如圖5所示

有了這一套演示器學生可利用本套器材自主進行對晶狀體的調節，使遠、近不同的物體在視網膜上成清晰的像的探究實驗，和完成近視眼、遠視眼的成因及用何種鏡片來調節矯正的探究實驗。

探究實驗一：晶狀體對遠近不同距離的物體在視網膜上成清晰像的調節作用。實驗時把光源當作物體，放在距眼睛25cm的明視距離處，在可樂瓶晶狀體作用下，在眼睛模型板上就能很清晰的看到物體發出的光線相交在視網膜上。當物體到眼睛的距離變近小于25cm時會出現成像在視網膜后（從模擬板上很容易看出），此時學生可通過調節晶狀體，發現當晶狀體變凸時，能使像重新回到視網膜上。當物體到眼睛的距離變遠大于25cm時會出現成像在視網膜前，此時學生可通過調節晶狀體，發現當晶狀體變扁平時，能使像重新回到視網膜上。通過以上的探究實驗，學生認識到人眼依靠調節晶狀體的焦距，將物體成像在視網膜上，如圖6所示 。

探究實驗二：近視眼的成像位置及矯正方法。在眼睛模型板上換較凸的晶狀體。學生移動物體會發現，在小于25cm處才能在視網膜上得到清晰的像，認識到近視眼的明視距離小于25cm。當物體遠離時，像成在視網膜前，而此時晶狀體調節作用變弱，如何使像重新回到視網膜上變清晰呢？學生通過在模型板前安裝凸透鏡或凹透鏡，發現近視眼的人配戴凹透鏡可以得到矯正，如圖7所示 。

探究實驗三：遠視眼的成像位置及矯正方法。在眼睛模型板上換較扁平的晶狀體。學生移動物體會發現，在大于25cm處才能在視網膜上得到清晰的像，認識到遠視眼的明視距離大于25cm。當物體靠近時，像成在視網膜后，而此時晶狀體調節作用變弱，如何使像重新回到視網膜上變清晰呢？學生通過在模型板前安裝凸透鏡或凹透鏡，發現遠視眼的人配戴凸透鏡可以得到矯正。本套實驗器材實驗效果明顯，特別是光路清晰，能夠容易的解決教學過程中難點（在實際的教學中已充分得到證實）。而且本套實驗器材結構簡單，取材方便，容易推廣，如圖8所示 。

通過不斷地改進與補充、開發光學非常規實驗在教學中的實施，使光學實驗現象明顯，更加便于操作，進而豐富了學生的感性認識，深化了對知識的理解，提高了學生的動手能力、實踐能力。使新課程所倡導的探究學習的理念落到實處，讓學生充分體驗實驗探究過程的樂趣，分享成功的喜悅，大大增強了學生學習物理的志趣。

參考文獻：

［1］張偉，郭玉英，劉炳升.非常規物理實驗—有待深入開發的重要物理課程資源［J］.物理教師，2005，(9).

［2］余維.光學實驗探究組合器材部分實驗，操作效果（視頻）www.trywin.com［EB/oL］.2009年11月30日創建.