基于巧用小實驗突破初中物理教學重難點的教學實踐
——以“光的直線傳播”為例

江耀基

(江西省安福中學,江西 吉安 343200)

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基于巧用小實驗突破初中物理教學重難點的教學實踐
——以“光的直線傳播”為例

江耀基

(江西省安福中學,江西 吉安 343200)

小實驗在初中物理教學中所起的作用越來越凸顯,越來越備受師生的關注．本文以“光的直線傳播”為例,闡述如何巧用小實驗突破初中物理教學中的重難點．

小實驗; 光的直線傳播; 物理教學

小實驗是指利用生活中廢棄或低廉的物品,制作成簡單、方便、可見度高的微實驗教具,小實驗教具具有取材方便,成本低廉的特點．教師若能巧妙地利用小實驗教具組織物理課堂教學活動,不僅有利于激發學生的求知欲,培養師生的動手能力和創造力,還有利于課程重難點的突破,可見小實驗在物理教學中能起到舉足輕重的的作用．本文以“光的直線傳播”為例,闡述小實驗在突破初中物理教學中重難點的作用．

1 教學重難點的確定

課程標準對“光的直線傳播”的要求:通過實驗,知道光在同種介質中的傳播特點． “光的直線傳播”這一內容包含光源、光的直線傳播、光速三個知識點．其中光源和光速的知識淺顯易懂,可以通過“課前自主學習”和“課堂練習”的方式達成目標．[1]而光在介質中沿直線傳播是有條件的,所以光的直線傳播是本節內容的重點,光的直線傳播在生活中的應用是本節內容的難點．這就要求教師在教學中設計相關的學生實驗探究活動、教師的演示實驗活動有效地突出這個重點和突破這個難點．但由于實驗室中沒有相關的實驗器材,我們不妨利用生活中的物品創設相關的小實驗,幫學生有效地突破這種重點和難點．

2 實驗教學流程設計

基于上述分析,結合學生的認知特點,可設計如圖1所示小實驗流程來突破本節教學的重難點．

對照上述教學流程,我們可選用生活中或學生身邊最熟悉的激光筆、火柴(或打火機)、蚊香、奶茶吸管、礦泉水瓶、果凍、一杯茶水、蠟燭、易拉罐、半透明塑料膜、帶孔的圓形硬紙板(圓形、方形、三角形的孔)等物品設計相關的小實驗,然后組織學生進行實驗探究,有效地開展教學活動．

圖1

3 小實驗在突破教學重難點中的應用

3.1 認識光的直線傳播

實驗1.光在吸管中傳播(演示實驗)

師： 生活中如“何黑夜中的探照燈射出的光束、清晨穿越森林的太陽光”在空氣中是如何傳播的?

生： 沿直線傳播．

師： 這是你的猜想,對嗎?我這里有一只激光筆和一根奶茶吸管,你能想個辦法驗證自己的猜想嗎?

(學生討論……)

師： 下面我們進行3個小實驗:

(1) 打開激光筆,讓它發出的光射到墻壁上,大家注意觀察墻壁上是否有一個紅色的光斑?(2) 接著我讓激光筆發出的光穿過奶茶吸管(不透光),大家繼續觀察墻壁上是否還有紅色光斑?(3) 現在我把吸管折彎,仍讓激光筆發出的光穿過吸管,大家繼續觀察剛才的墻壁上是否還有光斑?這個小實驗說明什么?

生： 前面兩次均可在墻壁上看到紅色光斑,后面一次不能看到光斑,說明了光沿直線傳播．

點評： “光的直線傳播”是學生學習光學的基礎,也是研究光的反射、光的折射的必備知識．學生在小學科學課本中和日常生活中已經知道光沿直線傳播的結論,但也處于“知其然,而不知其所以然”的層面,他們的認識是淺顯的．這就要求教師在教學中要設計實驗來引導學生認識光的直線傳播現象．課堂中教師采用生活中常見的激光筆和吸管兩個物品巧設3個“微創”實驗組織教學．學生通過實驗1和實驗2均能在墻壁上觀察到一個紅色的光斑,但通過實驗3就不能在墻壁上觀察到紅色光斑了．3個實驗層層推進,環環相扣,通過后兩個實驗“直”、“彎”對比,引導學生認識光在空氣中沿直線傳播的特點,顯然這種“微創”實驗設計符合學生的認知水平．

選擇“吸管”時一定注意不能太細,細了光透不過;同時也不要選擇帶“螺紋”狀的吸管,因為它除了會阻礙激光的傳播外,還會對光造成散射,影響實驗觀察效果,所以吸管最好選擇奶茶吸管．

實驗2.光在空氣、透明固體、液體中傳播(分組實驗)

師： “激光穿吸管”實驗說明了光在空氣中是沿直線傳播的,但你們看到了光在空氣中沿直線傳播的清晰路徑嗎?

生： 沒有．

師： 下面請同學們利用激光筆、蚊香、火柴、礦泉水瓶設計一個“光在空氣中沿直線傳播”的小實驗:用火柴點燃一段蚊香插入礦泉水瓶(不要燒壞水瓶)1～2min,然后擰緊瓶蓋,打開激光筆,讓光從瓶底水平穿過礦泉水瓶,注意觀察光在空氣中的傳播路徑(如圖2甲)．

生：真看到一條紅色的光……．

師： 光在透明固體和液體中也是沿直線傳播嗎?下面請同學們再利用激光筆、果凍、茶水設計兩個小實驗: (1) 打開激光筆,讓光水平穿過果凍,注意觀察光在果凍中的傳播路徑(圖2乙); (2) 打開激光筆,讓光水平穿過茶水,觀察光在茶水或水中的傳播路徑(圖2丙)．

圖2

生： 也是沿直線傳播.

點評： “光在吸管中傳播”只能讓學生淺顯地認識到光在空氣中沿直線傳播的特點,但還是不能清晰的看到光在空氣中沿直線傳播的路徑．為引導學生能清晰地看到光在空氣中沿直線傳播路徑,于是利用學生身邊的激光筆、火柴、蚊香、礦泉水瓶設計了“光在礦泉水瓶中傳播”的實驗．而利用激光筆、果凍、茶水設計的“光在果凍中傳播”和“光在茶水中傳播”兩個小實驗,是對“光沿直線特點”結論普遍性的補充．實驗中給瓶中充入少量的煙霧,選擇果凍和茶水能清晰地顯示光路,使實驗現象更更直觀,增強視覺效果．選擇分組實驗的目的是讓學生親身參與、體驗、感知物理知識的重現過程,這樣學生就能在探究實驗的過程中潛移默化將物理知識內化心中．

為了保證學生實驗現象清晰、明顯,需要注意以下幾點:礦泉水瓶中“煙霧”不能太濃,否則反而看不清;選擇的果凍中肉色要單一、透明,不能含其他水果片,最好不要帶顏色;茶水可用綠茶或紅茶,但不要太濃,用水代替茶水也行,但必須在水中加滴幾滴牛奶,也可用洗手液代替．

3.2 光沿直線傳播的條件

實驗3.光在不均勻的空氣和糖水中傳播(演示實驗)

師： 在剛才的3個實驗中,我們可清晰的觀察到光在氣體、透明固體和液體中沿直線傳播的現象,但光在任何情況下都沿直線傳播嗎?

生： 不是．

圖3

師： 下面我們進行兩個實驗活動: (1) 打開激光筆,使光射到天花板上,觀察天花板的紅色光斑;然后在激光筆前下方放三根點燃的蠟燭(或酒精燈),繼續觀察天花板上紅色光斑是否發聲晃動(圖3); (2) 用一個方形透明的塑料盒,里面裝有飽和糖水,盒底還能觀察到一層白砂糖,然后用激光筆水平穿過糖水,慢慢將激光筆往下移動,注意觀察光在糖水中光路變化情況(圖4甲),隨后用鉛筆攪拌糖水后,再次觀察光在糖水中的光路(圖4乙)．

圖4

生： 天花板上的光斑在晃動;光在糖水中向下彎曲,攪拌后光在糖水中又沿直線傳播．

師： 這兩個實驗說明光沿直線傳播必須滿足什么條件?

生： 均勻介質．

點評： 光在介質中沿直線傳播是要滿足一定條件的,即“同種均勻介質”．活動3中空氣由均勻到不均勻、蔗糖水從不均勻到均勻,前后兩次實驗對比讓學生形成了清晰的認識:光必須在均勻的介質中才能沿直線傳播．光沿直線傳播條件是學生學習的一個難點,由于初中學生的抽象思維還沒上升一定程度,若光靠教師講授學生是難以理解,效果永遠比不上實驗在學生腦海中留下的烙印．為了突破這個教學難點,實驗中選擇生活中常見的蠟燭和蔗糖水進行實驗,因為教師利用身邊的物品進行“微創”實驗,不僅相當于給學生鋪臺階,提高思維的高度,還會讓學生感到親切,學生能敏銳地洞悉其中發生的物理過程,使學生對知識的理解更加透徹．[2]

實驗(1)中的蠟燭也可以用酒精燈代替,火焰不能離激光太高,否則實驗效果不理想;白糖水溶液一定要飽和,配制后要讓飽和溶液靜置一晚．實驗中也還可以用食鹽水代替白糖水．

3.3 光的直線傳播在生活中的應用

實驗4.小孔成像(分組實驗)

師： 在我們桌子上有一針孔架照相機(如圖5甲),下面請同學們用它給燭焰拍個照．具體操作為:

① 用火柴點燃蠟燭,將小孔對著燭焰,觀察薄膜上像的形狀、正倒情況．

② 改變小孔到燭焰的距離,繼續觀察薄膜上的像的大小有何變化?

③ 改變小孔的形狀(由圓形→方形→三角形),保持小孔到燭焰的距離不變,繼續觀察薄膜上像的形狀是否發生改變(圖5乙)?

圖5

生： 在光屏可看見一個倒立的燭焰;當增大小孔到燭焰的距離時,觀察到的像變小,當減小小孔到燭焰的距離時,觀察到的像變大;當改變小孔的形狀時,薄膜上的像的形狀不變,均為倒立的燭焰．

點評.小孔成像既是光沿直線傳播在生活中的應用中一個典例,也是學生學習的一個難點,學生對小孔成像的原理、像的正倒、像的大小變化規律、像的形狀與小孔的關系很難弄懂．為了突破這個難點,教師選用學生熟悉的易拉罐、半透明膜、帶各種形狀的孔圓形塑料片制作成小孔成像實驗,可謂小創意解決了大問題．讓學生親手操作、體驗,感知實驗過程,不僅能讓學生感受到物理的親近實在,克服了他們學習物理的畏懼心理,還能降低學生理解疑難物理知識的思維臺階,[3]讓知識慢慢內化在腦中,切實提高了課堂效率．

制作小孔成像的實驗器材很多,如百事可樂杯、羽毛球筒、易拉罐,筒長為20～30cm左右,膜片可選用塑料袋和學生練字半透明紙,多形孔圓片可用塑料片制作(用透明膠粘好),可實現循環使用．實驗時要求保證環境較暗,小孔的直徑最好1.5～2mm左右,小孔直徑太小成像太暗、可見度不高,小孔太大,膜上不能在成像．課后教師還可以布置學生在這個實驗裝置的基礎上,再做一個觀察筒,扎上半透明的塑料膜套在易拉罐中,然后前后拉伸觀察蠟燭的像,看看實驗效果有什么改善;或者增大小孔的直徑后,再用此裝置觀察蠟燭,實驗現象又會怎么改變,實現小實驗再探究．

4 結束語

生活中許多廢棄物品就是很好的“教學資源”,關鍵是教師有沒有一雙善于發現“教學資源”的慧眼,能巧妙地利用身邊的物品,開發出各種低成本的趣味實驗,并把它們融入教學中去,對物理過程進行重現,不僅能使學生對物理知識理解更加透徹,還能有效地突破教學的重難點．

1 羅鎮姬，邵志偉.初中物理新授課的高效課堂教學改革體驗[J].江西教育(B),2016(8)：66.

2 張育霞，程芳卉.身邊物品在中學物理實驗中的巧用[J].教學儀器與實驗,2015(5)：32.

3 江耀基.從幾個教學案例談如何提高物理實驗教學的質量[J].物理教學,2017(1):26-27.

2017-01-21)