基于巧用小实验突破初中物理教学重难点的教学实践<br/>——以“光的直线传播”为例

基于巧用小实验突破初中物理教学重难点的教学实践
——以“光的直线传播”为例

2017-06-27江耀基

物理教师 2017年6期

关键词：果冻小孔光斑

江耀基

(江西省安福中学,江西吉安 343200)

基于巧用小实验突破初中物理教学重难点的教学实践
——以“光的直线传播”为例

江耀基

(江西省安福中学,江西吉安 343200)

小实验在初中物理教学中所起的作用越来越凸显,越来越备受师生的关注．本文以“光的直线传播”为例,阐述如何巧用小实验突破初中物理教学中的重难点．

小实验; 光的直线传播; 物理教学

小实验是指利用生活中废弃或低廉的物品,制作成简单、方便、可见度高的微实验教具,小实验教具具有取材方便,成本低廉的特点．教师若能巧妙地利用小实验教具组织物理课堂教学活动,不仅有利于激发学生的求知欲,培养师生的动手能力和创造力,还有利于课程重难点的突破,可见小实验在物理教学中能起到举足轻重的的作用．本文以“光的直线传播”为例,阐述小实验在突破初中物理教学中重难点的作用．

1 教学重难点的确定

课程标准对“光的直线传播”的要求:通过实验,知道光在同种介质中的传播特点． “光的直线传播”这一内容包含光源、光的直线传播、光速三个知识点．其中光源和光速的知识浅显易懂,可以通过“课前自主学习”和“课堂练习”的方式达成目标．[1]而光在介质中沿直线传播是有条件的,所以光的直线传播是本节内容的重点,光的直线传播在生活中的应用是本节内容的难点．这就要求教师在教学中设计相关的学生实验探究活动、教师的演示实验活动有效地突出这个重点和突破这个难点．但由于实验室中没有相关的实验器材,我们不妨利用生活中的物品创设相关的小实验,帮学生有效地突破这种重点和难点．

2 实验教学流程设计

基于上述分析,结合学生的认知特点,可设计如图1所示小实验流程来突破本节教学的重难点．

对照上述教学流程,我们可选用生活中或学生身边最熟悉的激光笔、火柴(或打火机)、蚊香、奶茶吸管、矿泉水瓶、果冻、一杯茶水、蜡烛、易拉罐、半透明塑料膜、带孔的圆形硬纸板(圆形、方形、三角形的孔)等物品设计相关的小实验,然后组织学生进行实验探究,有效地开展教学活动．

图1

3 小实验在突破教学重难点中的应用

3.1 认识光的直线传播

实验1.光在吸管中传播(演示实验)

师：生活中如“何黑夜中的探照灯射出的光束、清晨穿越森林的太阳光”在空气中是如何传播的?

生：沿直线传播．

师：这是你的猜想,对吗?我这里有一只激光笔和一根奶茶吸管,你能想个办法验证自己的猜想吗?

(学生讨论……)

师：下面我们进行3个小实验:

(1) 打开激光笔,让它发出的光射到墙壁上,大家注意观察墙壁上是否有一个红色的光斑?(2) 接着我让激光笔发出的光穿过奶茶吸管(不透光),大家继续观察墙壁上是否还有红色光斑?(3) 现在我把吸管折弯,仍让激光笔发出的光穿过吸管,大家继续观察刚才的墙壁上是否还有光斑?这个小实验说明什么?

生：前面两次均可在墙壁上看到红色光斑,后面一次不能看到光斑,说明了光沿直线传播．

点评： “光的直线传播”是学生学习光学的基础,也是研究光的反射、光的折射的必备知识．学生在小学科学课本中和日常生活中已经知道光沿直线传播的结论,但也处于“知其然,而不知其所以然”的层面,他们的认识是浅显的．这就要求教师在教学中要设计实验来引导学生认识光的直线传播现象．课堂中教师采用生活中常见的激光笔和吸管两个物品巧设3个“微创”实验组织教学．学生通过实验1和实验2均能在墙壁上观察到一个红色的光斑,但通过实验3就不能在墙壁上观察到红色光斑了．3个实验层层推进,环环相扣,通过后两个实验“直”、“弯”对比,引导学生认识光在空气中沿直线传播的特点,显然这种“微创”实验设计符合学生的认知水平．

选择“吸管”时一定注意不能太细,细了光透不过;同时也不要选择带“螺纹”状的吸管,因为它除了会阻碍激光的传播外,还会对光造成散射,影响实验观察效果,所以吸管最好选择奶茶吸管．

实验2.光在空气、透明固体、液体中传播(分组实验)

师： “激光穿吸管”实验说明了光在空气中是沿直线传播的,但你们看到了光在空气中沿直线传播的清晰路径吗?

生：没有．

师：下面请同学们利用激光笔、蚊香、火柴、矿泉水瓶设计一个“光在空气中沿直线传播”的小实验:用火柴点燃一段蚊香插入矿泉水瓶(不要烧坏水瓶)1～2min,然后拧紧瓶盖,打开激光笔,让光从瓶底水平穿过矿泉水瓶,注意观察光在空气中的传播路径(如图2甲)．

生：真看到一条红色的光……．

师：光在透明固体和液体中也是沿直线传播吗?下面请同学们再利用激光笔、果冻、茶水设计两个小实验: (1) 打开激光笔,让光水平穿过果冻,注意观察光在果冻中的传播路径(图2乙); (2) 打开激光笔,让光水平穿过茶水,观察光在茶水或水中的传播路径(图2丙)．

图2

生：也是沿直线传播.

点评： “光在吸管中传播”只能让学生浅显地认识到光在空气中沿直线传播的特点,但还是不能清晰的看到光在空气中沿直线传播的路径．为引导学生能清晰地看到光在空气中沿直线传播路径,于是利用学生身边的激光笔、火柴、蚊香、矿泉水瓶设计了“光在矿泉水瓶中传播”的实验．而利用激光笔、果冻、茶水设计的“光在果冻中传播”和“光在茶水中传播”两个小实验,是对“光沿直线特点”结论普遍性的补充．实验中给瓶中充入少量的烟雾,选择果冻和茶水能清晰地显示光路,使实验现象更更直观,增强视觉效果．选择分组实验的目的是让学生亲身参与、体验、感知物理知识的重现过程,这样学生就能在探究实验的过程中潜移默化将物理知识内化心中．

为了保证学生实验现象清晰、明显,需要注意以下几点:矿泉水瓶中“烟雾”不能太浓,否则反而看不清;选择的果冻中肉色要单一、透明,不能含其他水果片,最好不要带颜色;茶水可用绿茶或红茶,但不要太浓,用水代替茶水也行,但必须在水中加滴几滴牛奶,也可用洗手液代替．

3.2 光沿直线传播的条件

实验3.光在不均匀的空气和糖水中传播(演示实验)

师：在刚才的3个实验中,我们可清晰的观察到光在气体、透明固体和液体中沿直线传播的现象,但光在任何情况下都沿直线传播吗?

生：不是．

图3

师：下面我们进行两个实验活动: (1) 打开激光笔,使光射到天花板上,观察天花板的红色光斑;然后在激光笔前下方放三根点燃的蜡烛(或酒精灯),继续观察天花板上红色光斑是否发声晃动(图3); (2) 用一个方形透明的塑料盒,里面装有饱和糖水,盒底还能观察到一层白砂糖,然后用激光笔水平穿过糖水,慢慢将激光笔往下移动,注意观察光在糖水中光路变化情况(图4甲),随后用铅笔搅拌糖水后,再次观察光在糖水中的光路(图4乙)．

图4

生：天花板上的光斑在晃动;光在糖水中向下弯曲,搅拌后光在糖水中又沿直线传播．

师：这两个实验说明光沿直线传播必须满足什么条件?

生：均匀介质．

点评：光在介质中沿直线传播是要满足一定条件的,即“同种均匀介质”．活动3中空气由均匀到不均匀、蔗糖水从不均匀到均匀,前后两次实验对比让学生形成了清晰的认识:光必须在均匀的介质中才能沿直线传播．光沿直线传播条件是学生学习的一个难点,由于初中学生的抽象思维还没上升一定程度,若光靠教师讲授学生是难以理解,效果永远比不上实验在学生脑海中留下的烙印．为了突破这个教学难点,实验中选择生活中常见的蜡烛和蔗糖水进行实验,因为教师利用身边的物品进行“微创”实验,不仅相当于给学生铺台阶,提高思维的高度,还会让学生感到亲切,学生能敏锐地洞悉其中发生的物理过程,使学生对知识的理解更加透彻．[2]

实验(1)中的蜡烛也可以用酒精灯代替,火焰不能离激光太高,否则实验效果不理想;白糖水溶液一定要饱和,配制后要让饱和溶液静置一晚．实验中也还可以用食盐水代替白糖水．

3.3 光的直线传播在生活中的应用

实验4.小孔成像(分组实验)

师：在我们桌子上有一针孔架照相机(如图5甲),下面请同学们用它给烛焰拍个照．具体操作为:

① 用火柴点燃蜡烛,将小孔对着烛焰,观察薄膜上像的形状、正倒情况．

② 改变小孔到烛焰的距离,继续观察薄膜上的像的大小有何变化?

③ 改变小孔的形状(由圆形→方形→三角形),保持小孔到烛焰的距离不变,继续观察薄膜上像的形状是否发生改变(图5乙)?

图5

生：在光屏可看见一个倒立的烛焰;当增大小孔到烛焰的距离时,观察到的像变小,当减小小孔到烛焰的距离时,观察到的像变大;当改变小孔的形状时,薄膜上的像的形状不变,均为倒立的烛焰．

点评.小孔成像既是光沿直线传播在生活中的应用中一个典例,也是学生学习的一个难点,学生对小孔成像的原理、像的正倒、像的大小变化规律、像的形状与小孔的关系很难弄懂．为了突破这个难点,教师选用学生熟悉的易拉罐、半透明膜、带各种形状的孔圆形塑料片制作成小孔成像实验,可谓小创意解决了大问题．让学生亲手操作、体验,感知实验过程,不仅能让学生感受到物理的亲近实在,克服了他们学习物理的畏惧心理,还能降低学生理解疑难物理知识的思维台阶,[3]让知识慢慢内化在脑中,切实提高了课堂效率．

制作小孔成像的实验器材很多,如百事可乐杯、羽毛球筒、易拉罐,筒长为20～30cm左右,膜片可选用塑料袋和学生练字半透明纸,多形孔圆片可用塑料片制作(用透明胶粘好),可实现循环使用．实验时要求保证环境较暗,小孔的直径最好1.5～2mm左右,小孔直径太小成像太暗、可见度不高,小孔太大,膜上不能在成像．课后教师还可以布置学生在这个实验装置的基础上,再做一个观察筒,扎上半透明的塑料膜套在易拉罐中,然后前后拉伸观察蜡烛的像,看看实验效果有什么改善;或者增大小孔的直径后,再用此装置观察蜡烛,实验现象又会怎么改变,实现小实验再探究．