利用自制實驗教具突破光學知識難點

丁云峰

摘 ?要 從新課導入、概念建立、規律總結、知識鞏固與規律應用四個方面，探尋初中光學自制演示教具策略，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。

關鍵詞 初中物理;光學;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

實驗是物理教學的基礎，也是學生加深物理概念理解、落實理論聯系實際的重要方法。而初中物理光學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系時，常常由于尺寸太小，使得學生難以直觀感受，許多實驗只能通過講實驗或者播放教學視頻的方式完成教學，學生創新精神和動手實踐缺乏。并且相當數量的光學實驗實現困難，學生課后無法獨立完成探究，致使許多學生學習和探究的興趣逐漸被磨滅。教師應充分利用日常生活中隨手可得的材料，制作非常規的物理實驗教具，有效突破光學教學難點，這在初中物理教學中具有重要的意義。

2 初中光學自制演示實驗教具策略

和其他課堂教學一樣，初中物理光學實驗也是由新課導入、概念建立、規律總結、知識鞏固與規律應用四個環節組成，并且每個教學環節都有不同的要求和特點。在具體利用自制教具演示光學教學實踐中，教師應明確實驗演示在上述哪個環節發生，從而根據相應環節的要求選擇實驗方案。隨后，根據實驗方案有針對性地選擇自制演示實驗教具，組織學生探究。

新課導入 ?為了激發學生求知的欲望，在利用自制演示實驗教具創設學習情境、實施課堂導入時，教師應盡量選擇一些新奇、生動有趣的自制演示實驗教具，最大限度地體現實驗的直觀性和趣味性等特征，有效激發學生的興趣。以探究“光的折射規律”為例，在課堂導入時，相當數量的教師會呈現筷子放入盛滿水的杯子這一操作，太沒有新意。筆者為了激發學生參與教學，引發原有認知沖突，創設了“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，讓學生觀察能否看到硬幣？

又如平面鏡成像是光學知識的重點實驗，筆者在本節課導入時，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;然后要求學生向玻璃杯中逐漸倒水，觀察“蠟燭在水中燃燒”的奇怪現象，從而激發學生探究的興趣。

物理概念建立 ?物理概念是物理對象屬性在學生頭腦中的反映，是對某類物理現象進行實驗和觀察的基礎上對其共同的本質屬性加以抽象和概括而形成的。在物理概念建立階段，教師應用自制演示實驗教具創設教學情境，從而幫助學生從實驗現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，要求學生觀察光在玻璃磚內的偏折現象;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，然后適當調整梳妝鏡角度，讓學生觀察照射到墻面上的彩虹，從而建立光的色散的概念。

物理規律總結 ?物理規律的獲得常常需要通過科學探究后不斷歸納和總結，而科學探究包括創設情境、猜想與假設、設計實驗、收集數據、分析與論證等環節。為了有效培養學生的科學探究技能，教師應在以下幾個環節有效應用自制演示實驗教具。

1）創設情境，提出問題。合理有效的問題能夠激發學生學習的動機，而問題的提出方式也在一定程度上決定了學生參與探究的程度。因此，在實驗探究之前，教師應創設情境，明確演示實驗的目的和要解決的問題。如在組織學生探究光的反射定律時，筆者要求學生自制簡易潛望鏡，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用。

2）猜想假設，設計實驗。問題提出后，教師應組織學生利用已有物理知識及生活經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大自然的美好風景，并在此基礎上要求學生思考“光是如何傳播的”;然后要求學生各抒己見，提出射線、曲線、直線等多種假設，設計制定光在同種均勻介質沿直線傳播的探究方案。

3）進行實驗，收集數據。實驗既可以要求學生和教師相互配合完成，也可以由教師單獨演示完成，并在此基礎上要求學生主動觀察實驗，收集相關數據。仍以探究光的直線傳播實驗為例，首先，應用激光筆將一束激光水平射入一杯低濃度紅糖水中，其實驗現象如圖1所示;其次，應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，其實驗現象如圖2所示;最后，要求學生對比這兩種現象，思考光在介質中是否總是沿直線傳播，從而得出只有光在同種均勻介質中總是沿直線傳播的結論。

知識鞏固與規律應用 ?在歸納總結出實驗規律后，教師應進一步引導學生加深對知識點的掌握，鞏固和應用實驗規律，幫助學生不斷建立起物理概念和規律與日常實際生活的聯系。如在學生總結出光沿直線傳播的結論后，筆者及時呈現日食、日全食等學習資料，要求學生以小組為單位，利用日常生活材料自制教具演示日食、日全食等天體現象，幫助學生進一步完善知識結構。

3 初中光學自制演示實驗教具教學實踐

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

創設情境，提出問題 ?為了充分調動學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生摘掉眼鏡，要求他說出近視的感覺。其他學生對比觀察這位學生的眼睛與正常學生的眼睛有什么不同之處，教師在學生觀察總結的基礎上，總結得出眼睛近視學生眼球凸出的結論。要求學生思考為什么會出現這種現象，猜想出近視的原因與眼晶狀體的厚度有關。

交流討論，設計實驗 ?為了進一步探究近視眼的成因，有效驗證學生所作的猜想，及時呈現眼球的構造，如圖3所示，要求學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上，讓學生思考視網膜、晶狀體和角膜所組成的共同體的具體作用，引導學生總結出視網膜相當于光屏，晶狀體和角膜共同作用相當于凸透鏡。參照眼球構造原理，讓學生自主設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注入適量水，將注入水的橡膠放入凸透鏡套殼內并加以固定。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，從而達到相應實驗的結果。

實驗探究、收集數據

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清晰的蠟燭像，并要求學生仔細觀察光屏上所呈現的像。

再次，應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，要求學生仔細觀察光屏上所呈現的像，結合現實生活中近視眼睛學生的做法，討論如何才能重新使光屏上所成的像再次變清晰，并進一步驗證學生的想法，即適當調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膜前，需要凹透鏡矯正。并交流探討預防近視的措施。

在此基礎上，要求學生繼續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膜后，需用凸透鏡矯正。并交流探討如何養成正確用眼的習慣。

實驗小結，總結提升 ?要求學生以本節課程的收獲和問題為主題進行總結歸納，及時補充相關知識。如相當數量的學生提出通過上述實驗現象看到的物體應該是倒立的，但在實際生活中觀察到的物體是正立的。因此，筆者及時呈現視網膜上130多萬個感光細胞、光信息大腦處理等知識。同時，要求學生進行自評和互評，為優等生、視力眼睛愛護者、光學知識愛好者提供探究的方向，及時提供閱讀書籍或相關網絡鏈接，最大限度地滿足學生學習的需要。對于一些學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 結語

綜上所述，在初中物理光學教學中，如果教師按照教材演示光學實驗，則相當數量的實驗教學效果將會大打折扣。因此，教師應結合實際，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，這樣不僅能夠激發學生探究的興趣，而且能增強課堂實驗教學效果。

參考文獻

[1]楊艷玲，付麗萍.創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難點[J].教育與裝備研究，2018（12）.