《光和影》實驗裝置改進

譚嘉雯

實驗原型及不足

《光和影》一課，教材提供的實驗方法如圖1。實際教學中，存在著一些問題，主要表現為以下幾個方面：

1.操作難度大。學生用手懸空拿著手電筒，難以保證照射距離不變，且照射角度容易發生較大偏差。

2.發現規律難。定點定位照射，不利于學生發現影子的連續變化過程，從而很難得出規律。

3.產生錯誤認知。采用上方照射、下方畫影子的方式，當光源直射時，影子被物體擋住，導致學生產生“光源直射時沒有影子”的錯誤認知。

4.實驗證據難呈現。學生記錄的結果難以全部呈現在黑板上，難以通過展現學生的整體證據進行集體論證和深入研討。

改進原理

基于教材中實驗裝置的不足，我對光和影的實驗裝置作了以下幾點改進，力求達到更好的教學效果：操作面改立面為平面，將水平面作為操作區，豎直面作為記錄區;利用立面為屏承載影子，把記錄區改到后面，這樣，光源直射時學生也能看到投射的影子;光源變化利用特制的軌道移動，使得照射的距離和角度更加可控;將教材的三個實驗集中在同一套裝置中進行，提高課堂效率;利用透明膠片承載影子，記錄影子，將各組結果疊合在一起時可整體呈現學生記錄的結果，將實驗結果可視化。

制作材料與工具

白紙、蝴蝶夾、木塊、木板、透明膠片、透明亞克力板、雙軌窗簾軌道、手電筒等材料，以及創客小機床、激光切割機等工具。

制作方法

利用木板作為底板，在底板上制作凹槽，用于立起亞克力板，支持屏的放置。

用雙軌窗簾軌道作為光源移動的軌道，軌道各點到屏中央的距離保持不變。在軌道上選擇具有代表性的不同角度，分別標注“1、2、3、4、5”，并在數字上方標注角度（如圖2）。

在底板中央畫出木塊運動的軌跡，同時在軌跡上選擇具有代表性的三個位置，分別標注“A、B、C”。

在亞克力板后方夾上白紙作為屏，在紙屛后方夾上透明膠片，用于記錄實驗現象。

整個裝置各種視圖如圖3。

實驗方法

1.研究影子長度與光源照射角度之間的關系

指導學生把透明膠片固定在屏上，把木塊平放在屏中央，把手電筒沿著軌道移動到“1”處，打開手電筒，畫出影子的輪廓，標注“1”。

將手電筒沿著軌道緩慢移動，觀察影子的變化，移動到“2”處時，畫下影子的輪廓，標注“2”。

以此類推，完成“3～5”號位置的記錄。

2.研究影子大小與光源遠近之間的關系

指導學生更換新的透明膠片，打開手電筒，并移動至“3”處。

將木塊豎直放置在“A”處，在膠片上畫出影子輪廓并標注“A”。

緩慢移動木塊至“B”處，在膠片上畫出影子輪廓并標注“B”。以此類推。

3.研究影子形狀與什么因素有關

指導學生更換新的透明膠片，打開手電筒，并移動至“3”處。

木塊豎直放置在“B”處，在膠片上畫出影子輪廓，并標注“正”，把木塊平放在“B”處，在膠片上畫出影子的輪廓，并標注“側”。

以上3個實驗，學生完成后，各小組提交實驗的透明膠片，按不同的實驗記錄重合起來，粘貼在黑板上，教師讓學生開展集體研討活動，引導他們根據實驗現象得出結論，增強他們的實證意識。利用創新裝置獲得的實驗記錄便于統一研討，學生能夠通過透明膠片重合的記錄，找出各組的大致規律，使得實驗結論有據可依（如圖4）。

實驗優點

將屏立起來，區分操作區和記錄區，減少了操作與記錄的相互干擾;光源照射的距離和角度可控，減少了人為操作帶來的誤差;沿著軌道移動光源，影子呈現連續變化，便于學生連貫地觀察現象;從另一側記錄影子，有效避免了光源在直射時學生由于看不到影子，得出“光源直射時沒有影子”的錯誤認知;利用透明膠片記錄影子變化的規律，將多組記錄結果的膠片重疊展示，使實驗結果可視化。