运用实验促进物理概念的构建

张丽君

摘 要：中学物理主要是经典物理学中最基本、最简单、与实际联系最密切的部分，其主要概念、公式基本上都是在实验基础上建立起来的。本文以光学实验为例，说明怎样运用实验促进物理概念的构建。

关键词：实验；物理概念；光学实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）9-0056-3

1 问题的提出

在中学物理的教学过程中，发现很多学生学习很努力，认真听课，好像都听懂了，但是独立思考做作业的时候经常出错。很大一部分原因和学生对物理概念的不理解有关。只重视三维目标的知识与技能，忽略了过程与方法。忽视概念间的区别与联系，有时候会将概念混淆，分辨不清。因此，新概念不能进入学生的头脑形成良好的知识结构，很难保持长时间的记忆。遇到问题时往往用头脑中已有的前概念进行问题解决，概念教学的效率不高。

2 根据物理概念的特点，利用实验帮助学生建立概念的具体事例研究

在中学物理教学中，涉及了许多的物理概念和规律，大部分都比较抽象，很难达到理想的教学效果。究其原因，主要是学生正处于经验型的感性认识阶段，必须要通过具体、形象、生动的物理现象，从而进行分析、类比、综合、归纳等一系列的思维过程，才能摆脱那些片面性、表面性的判断，真正了解概念和规律。因此，物理概念教学是中学物理教学的一个重要内容，也是一个难点。那么，要突破这个难点可以利用实验来帮忙，可以达到帮助学生对物理概念的理解。

2.1 光在同种均匀介质中沿直线传播

光在空气中的演示实验，用喷壶嘴对准激光传播的方向，快速地喷出水，可以在空气中看到激光笔发出的光路。光在液体中的演示实验，在水中加水粉颜料，显示的光路很清晰。光在固体中的演示实验，比较好玩的容易吸引学生眼球的是用大的果冻，效果比较好。

光在不均匀介质中，不沿直线传播。用普通水槽。在水槽下方用一块塑料板，把它弄成拱形，在上面撒鹽，然后慢慢地注入水，这样在塑料板下方的水密度大，上方的密度小，用激光入射水槽时，可以明显地看到光在水中不是沿直线传播。

通过实验对比，让学生理解什么是同种均匀介质。对光沿直线传播的条件进行了说明。

2.2 光的折射

如图1所示，可以让学生清楚地看到同时发生折射和发射，这是一种定性地研究折射角和入射角的关系，而且做起来比较简单。

用一个水槽放入一半水（水中加了水粉），在水上面放一个易拉罐底，再在易拉罐的上面点蚊香，然后用玻璃盖上，这样就让水槽的下面是水，上面是有蚊香烟雾的空气。在水面上一个易拉罐底，然后点一点蚊香，在水槽上面盖一块透明玻璃板，这样在水槽里的空气就是有烟雾了，可以显示光路。用激光笔入射水槽时，可以很明显地看到水槽的水面既有入射而且又有反射，同时光在水中有折射，学生看到光的反射和折射同时发生。这个装置操作简单，方便到教室上课。

如果想做学生分组实验得到定量的光的折射角和入射角的关系，可以用图2所示的方法。

先把有角度的圆盘打印成学案，发给每个学生。让学生分组在学案上进行操作，多做几次，每次用不同颜色的笔记录，并在每次的入射光线和折射光线标注对应的数字。让光线从空气斜射入到玻璃中，选择半圆形的玻璃砖比较方便，学生可以测出具体的入射角和折射角的数据。更加容易让学生总结出光的折射现象的入射角和折射角之间的规律。

学生通过动手做实验，描绘出折射光路图，从而使学生从不同角度认识光的折射现象。强调垂直入射时，入射角为0°，折射角也为0°，这种情况也是折射现象。因为光的折射是从一种介质进入另一种介质。

2.3 经过凸透镜的三条特殊光线

学生对这三条特殊光线很难记住，我们可以通过让学生做实验加深印象。

让学生分组实验，每组一个凸透镜、凹透镜、三支激光笔。在学案上先画好透镜的大小，找到凸透镜的光心O；再画出入射光线，然后让学生通过三束平行主光轴的光线经过凸透镜，将折射光线在纸上画出来。在画的时候，可以先在折射光线上画两个点，这样把凸透镜拿走后，再描出光线更方便，可以节约画光路的时间，两点就确定了一条光路。通过画图，找到焦点，理解凸透镜对光线起会聚作用（如图3所示）；给出焦距的概念是光心到焦点的距离，让学生在自己的学案图上标出来哪一段是焦距，帮助学生理解焦距的概念。

为了让学生理解是平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚到焦点，而不是简单地描述为平行光通过凸透镜后会聚到焦点，可以通过实验进行比较，学生就能清楚地知道平行于主光轴和平行光通过凸透镜的区别。

还有部分学生会觉得激光笔与凸透镜之间的距离的大小会影响焦距的大小，那么可以让激光笔两次距离凸透镜的距离不同，是否会影响到焦距的不同，得出焦距和激光笔距离凸透镜的距离没有关系。然后，再让学生由焦点处发出入射光线，体验光路是可逆的，明确从焦点发出的光经过凸透镜折射后将平行于主光轴，根据光路总结出从焦点发射出的光线，经过凸透镜折射后能够平行射出。

这一规律可以应用到舞台上的追光灯设计中，巧妙产生平行光的光束，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。学生在活动中的体验，有利于提高学生用实验研究问题的能力和用实验解决问题的能力。学生动手操作的过程让学生对于焦点、焦距的概念可以理解得更清楚。将抽象的概念形象化，加深对抽象概念的理解。

2.4 找凸透镜的焦距

方法一：可以在光具座上，用手机的手电筒做平行光源，在光屏上呈现一个很小、很亮的点。然后，可以在光具座上直接测量焦距，让学生明白焦距是哪一段距离，让学生加深对抽象概念的理解。如果在讲两个不同凸透镜的焦距时，可以用投影仪的光，在屏幕上用两个不同焦距的凸透镜在屏幕上演示，很直观地看到当在屏幕上出现很小很亮的光斑时，凸透镜离屏幕的距离是不同的，说明这两个凸透镜的焦距是不一样的，这样就不用分两次测量出具体的焦距。或者用两个焦距不同的凸透镜在纸上作光路图，直观地看到凸透镜的焦距越小，透镜对光的会聚作用越强。如果进行准确的测量，可以让学生清楚地看到凸透镜对光偏折强弱（如图4）。

当讲近视眼和远视眼的知识点时，还可以将学生的近视眼镜放在投影仪的灯光下演示，发现在镜片的周围有一圈很亮的光圈，说明近视眼镜是凹透镜，凹透镜对光线起发散作用。将老花镜放在投影仪的光下可以看到在屏幕上的镜片的中间有一个很小很亮的光斑，说明老花镜的镜片是凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用。这样利用投影仪的光源做实验可以简单方便，对实验器材的要求降低。

在物理教育教学中，实验教学是培养学生理解物理概念的主要途径。通过学习物理，学生感受生活、探索自然，感悟物理的奥妙，提高对科学的关注和兴趣，培养创造性思维和创新能力，真正实现新课程理念的“三维”教育目标。

参考文献：

[1]苏明义.新版课程标准解析与教学指导 初中物理[M].北京：北京师范大学出版社，2012：91-94.

[2]人民教育出版社.义务教育教科书8年级上册[M].北京：人民教育出版社，2015：64-100.

（栏目编辑 王柏庐）endprint