初中科学教学光学实验的改进研究

唐顺美

摘 要：观察和测量是科学学习中重要方法。在光学实验中众多教师一直有这样的困扰：实验现象不够清晰，对学生来讲实验事实的可信度受到质疑，因此解决光学实验的可视性问题是获取客观事实重要途径，根据笔者对其他教师的课堂观察发现，老师们有了一些改进，但缺乏对这些改进的系列研究。此外，在具体的课堂教学中教师存在在一次成功时“点到即止”现象，缺乏对实验现象的举一反三和深入探究，也就是说实验现象的普适性往往被忽视。如何设计光学实验仪器解决以上两个问题，并在课堂教学检验，经过笔者在实践中的深入研究，总结提出初中物理光学器材需要考虑器材的选择、度量引入和实际的联系等角度来进行设计改进，所设计的器材经过实践教学检验，对光学实验教学存在如上问题取得根本性的解决，实验教学效果大幅度得到改善。

关键词：初中物理 光学实验 改进 教学效果

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0137-03

实验是学生获得感性认识的重要途径，在此基础上学生进行理性思考会更加深刻。对于初中物理的许多科学知识学习需要用实验去支撑，但是在实际教学中笔者发现在现行的实验条件下并不能很好地为我们实验教学提供很好的支撑，比如初中物理光学实验教学就存在这样的问题，众多教师一直有这样的困扰：实验现象不够清晰，对学生来讲实验事实的可信度受到质疑，因此解决实验的可视性问题是获取客观事实重要途径。根据笔者调查发现，老师们在这方面有了一些改进，但缺乏系列研究。此外，在课堂观察发现教师存在一次成功时“点到即止”现象，缺乏对实验现象的举一反三，也就是说实验现象的普适性往往被忽视。笔者认为结合以上两个问题改进光学实验设计是提升光学实验教学效果的重要途径。

1 光的传播的改进

“光的传播”实验是学生认识光的基础，要求学生知道光在均匀介质中沿直线传播。为完成这一教学目标，需要在空气、液体、固体等介质中分别进行实验。普通实验教学的课堂上所用的实验器材为激光手电、水杯、水、玻璃等基本要件。然而在实际操作中遇到以下几个问题影响了实验的效果。

（1） 激光手电在空气中的实验效果十分微弱，仅能看到光线终点，见图1（a）。

首先尝试通过点燃香的方式，产生烟雾增强可视效果，实验结果是燃香产生烟雾少，且烟雾四散不集聚，又污染了周围环境，学生感到呛鼻。再次改进，利用艾条燃烟，置于玻璃缸中，顶部用玻璃遮盖，减少烟雾扩散，实验效果明显，能看到光线在烟雾中呈直线传播，改进后如图1（b）所示。

（2） 在清水中的光线模糊，断断续续无法判别是否为直线，见图2（a）。

首先尝试加入椰汁，发现浓度配比困难，只有在一定浓度的情况下才能看清光线，太稀或太浓都影响实验效果。再次改进，加入适量蜂蜜，多种浓度下，调制均匀，均能有光线在液体中呈直线传播的现象，改进后如图2（b）。

（3）普通玻璃呈现的光线不是整条，演示效果缺乏说服力。

基于以上问题，结合巧用生活器材的改进思想，笔者针对实验操作进行了探索。

固体。首先尝试改用果冻作为实验器材，发现实验效果存在随机性。不同品牌、不同配料的果冻实验效果差异极大，偶有果冻中存在的果粒截断了光线。再次改进，采用有机玻璃进行尝试，发现光线成长条直线传播，效果明显，如图3。

由于采用了生活中的常见用品，此次实验的器材获取难度不大，学生自己也能进行验证，操作方便；同时，以上尝试的实验效果明显加强，得出光在均匀的介质中沿直线传播，利于学生的观察与记录，又减少了实验烟雾对课堂环境的污染。

2 光的反射的改进

“光的反射”实验的教学设计多为在空气中进行，运用平面镜、刻度尺等器材展开。但如案例1中所提到的，单纯在空气中进行实验效果不明显，而运用燃香、艾草等方式又会产生大量烟雾，不符合环保理念。因此尝试在水中进行此项实验，实验器材为较大功率激光笔、铁架台、特制水槽和量角器。水槽和量角器的制作特点与实验步骤如下。

（1）玻璃水槽为长方形，水槽背部为黑色以达到更强的视觉效果。

（2）为体现实验原理（反射角等于入射角）的科学性，自行制作较大刻度的塑料量角器，刻度左右对称，紧贴内壁置入水槽。

（3）运用激光笔将入射光线与量角器的某条刻度重合，观察反射光线是否与其对称刻度重合，以验证反射角等于入射角的原理，还可证明反射光线、入射光线、法线在同一平面。

（4）为体现实验结论的普适性，需要多条光线射入水中而得到相同的结论，此处发挥铁架台的作用，将2～3支激光笔固定在铁架台上向水槽发射光线，观察是否存在反射现象、是否均符合反射定律。

通过以上改进，学生不仅看到了多条光线的反射现象，还通过量角器的刻度验证了光反射的定律，实验效果明显。此次实验器材的准备与制作基于举一反三、引入科学测度的改进思想，提高了实验的普适性和科学性，促进了实验教学目标的实现。

3 平面镜成像的改进

目前许多学校“平面镜成像”实验往往因为缺少实验仪器或仪器损坏的问题难以顺利开展，为解决这个问题，综合巧用器材、引入测度和联系实际等3种形式的实操改进和创新，丰富实验教学目标与内容，科学制作符合实际需求的实验器材。此项实验的教学重点主要有两点，一是掌握平面镜成像的特点；二是结合实际，理解生活中平面镜的运用。结合教学重点，探索设计实验器材如下。

3.1 粗制实验仪器

制作如图5所示仪器，实验过程中，将点燃的蜡烛A置于一侧，在玻璃板另一侧放置没有点燃的蜡烛B，直到看上去它跟A完全重合为止，固定蜡烛，做上记号，观察像与物体是否相等，测量此时蜡烛A、B到玻璃板的距离是否相等。

3.2 精制实验仪器

（1）粗制实验仪器在观察成像时发现成像有两个，原因是玻璃板太厚，因此在精制仪器时选取厚度适中或较薄的玻璃。

（2）粗制仪器在测量距离时由于人为误差的存在，部分同学的测量结果存在较大误差，影响了实验的效果。为体现实验的科学性，将刻度直接画于实验板上，如图6所示，实验时，将蜡烛A首先置于刻度一端，再进行其他操作，进行此种处理后，既能说明成像与物体在同一直线上，又可以直观迅速地读出得到蜡烛与成像到玻璃板的距离，减少测量误差。

3.3 扩展实验仪器

通过精制仪器，完成了实验的基本目标，但尚未紧密联系实际。结合生活实际，将小轿车挡风玻璃的斜放设计搬入实验室，设计扩展实验仪器如图7，将两侧凹槽设计成一定角度，将平面镜斜置于实验板上，观察形成车内成像在上方与车外行人相区别的直观体会，加深学生对于此次实验的理解，提高其实验运用的意识与能力。

4 光的折射的改进

光从空气中斜射入水中，按课本空气和水中光路均不明显，学生没有感性认识，只是记忆折射规律，怎样使光路清晰？利用前面的装置，装一半加了少量蜂蜜的水，水上面放蒸发皿，里面放点燃的艾条，上面覆盖防止烟气逃逸，烟量要适中，效果好，改变入射角，比较入射角和折射角的大小以及折射角随入射角的变化情况，当垂直射入，方向不变，通过此实验学生对折射原理有了更深的认识。（见图8）

5 实践效果

以上光学实验改进从3个角度进行设计：器材的选择、度量引入和实际的联系。经过实际教学检验，每个角度都充分发挥了它的效果：从器材的选择方面改进现象清晰可见，使得学生获取客观事实，有了真实性；从量度引入方面改进实验，通过多次实验，渗透实验原理普适性；从实际的联系方面改进实验，可以提高学生对科学知识的应用能力，总之大大提升了实验教学效果。最后对于光学实验改进三方面思考角度是否适用其他领域的实验改进，有待于进一步尝试。

参考文献

[1] 沈如根.让演示实验成为初中物理学习的好帮手[J].新课程学习（中），2012（10）：30-31.

[2] 张秀娥.初中物理实验改进几例[J].实验教学与仪器，2009（2）：24-25.

[3] 周海洋.新课程理念下初中物理实验教学的改进与创新[J].学苑教育，2013（11）：66.