利用自制实验教具突破光学知识难点

丁云峰

摘  要 从新课导入、概念建立、规律总结、知识巩固与规律应用四个方面，探寻初中光学自制演示教具策略，并以“视力的矫正”中形象直观的自制水透镜为例，进行深入探究。

关键词 初中物理;光学;自制教具

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）11-0123-03

1 前言

实验是物理教学的基础，也是学生加深物理概念理解、落实理论联系实际的重要方法。而初中物理光学演示实验效果往往不佳，如在探究反射角与入射角的大小关系时，常常由于尺寸太小，使得学生难以直观感受，许多实验只能通过讲实验或者播放教学视频的方式完成教学，学生创新精神和动手实践缺乏。并且相当数量的光学实验实现困难，学生课后无法独立完成探究，致使许多学生学习和探究的兴趣逐渐被磨灭。教师应充分利用日常生活中随手可得的材料，制作非常规的物理实验教具，有效突破光学教学难点，这在初中物理教学中具有重要的意义。

2 初中光学自制演示实验教具策略

和其他课堂教学一样，初中物理光学实验也是由新课导入、概念建立、规律总结、知识巩固与规律应用四个环节组成，并且每个教学环节都有不同的要求和特点。在具体利用自制教具演示光学教学实践中，教师应明确实验演示在上述哪个环节发生，从而根据相应环节的要求选择实验方案。随后，根据实验方案有针对性地选择自制演示实验教具，组织学生探究。

新课导入  为了激发学生求知的欲望，在利用自制演示实验教具创设学习情境、实施课堂导入时，教师应尽量选择一些新奇、生动有趣的自制演示实验教具，最大限度地体现实验的直观性和趣味性等特征，有效激发学生的兴趣。以探究“光的折射规律”为例，在课堂导入时，相当数量的教师会呈现筷子放入盛满水的杯子这一操作，太没有新意。笔者为了激发学生参与教学，引发原有认知冲突，创设了“隐形硬币实验”，即将硬币放在盛满水的脸盆中，然后将玻璃杯垂直压入水中盖在硬币上，让学生观察能否看到硬币？再将玻璃杯稍微倾斜压入水中盖在硬币上，让学生观察能否看到硬币？

又如平面镜成像是光学知识的重点实验，笔者在本节课导入时，借助玻璃杯、蜡烛、水等生活中常见物品，在玻璃杯中盛适量水，在玻璃杯后放置一支点燃的蜡烛，其中玻璃杯所盛水的高度以未达到火焰高度为宜;然后要求学生向玻璃杯中逐渐倒水，观察“蜡烛在水中燃烧”的奇怪现象，从而激发学生探究的兴趣。

物理概念建立  物理概念是物理对象属性在学生头脑中的反映，是对某类物理现象进行实验和观察的基础上对其共同的本质属性加以抽象和概括而形成的。在物理概念建立阶段，教师应用自制演示实验教具创设教学情境，从而帮助学生从实验现象中不断理解其概念。例如：在建立光的折射概念时，笔者利用激光笔照射半圆形玻璃砖，要求学生观察光在玻璃砖内的偏折现象;在建立光的色散的概念时，笔者利用日常生活中的梳妆镜、洗脸盆，将梳妆镜斜置放入盛满水的洗脸盆中，然后适当调整梳妆镜角度，让学生观察照射到墙面上的彩虹，从而建立光的色散的概念。

物理规律总结  物理规律的获得常常需要通过科学探究后不断归纳和总结，而科学探究包括创设情境、猜想与假设、设计实验、收集数据、分析与论证等环节。为了有效培养学生的科学探究技能，教师应在以下几个环节有效应用自制演示实验教具。

1）创设情境，提出问题。合理有效的问题能够激发学生学习的动机，而问题的提出方式也在一定程度上决定了学生参与探究的程度。因此，在实验探究之前，教师应创设情境，明确演示实验的目的和要解决的问题。如在组织学生探究光的反射定律时，笔者要求学生自制简易潜望镜，即将两面平面镜以45°左右的角度固定在一个方盒两端，要求学生思考为什么通过这种简易潜望镜就可以看见视线上方的物体。然后要求学生描绘出这种潜望镜的光路图，思考这种简易潜望镜在日常生活中具有哪些应用。

2）猜想假设，设计实验。问题提出后，教师应组织学生利用已有物理知识及生活经验对问题进行分析和思考，及时找出问题解决的方法，精心设计问题解决方案。如在探究光的直线传播实验时，笔者利用多媒体呈现大自然的美好风景，并在此基础上要求学生思考“光是如何传播的”;然后要求学生各抒己见，提出射线、曲线、直线等多种假设，设计制定光在同种均匀介质沿直线传播的探究方案。

3）进行实验，收集数据。实验既可以要求学生和教师相互配合完成，也可以由教师单独演示完成，并在此基础上要求学生主动观察实验，收集相关数据。仍以探究光的直线传播实验为例，首先，应用激光笔将一束激光水平射入一杯低浓度红糖水中，其实验现象如图1所示;其次，应用激光笔将一束激光水平射入一杯倒入大量糖却不搅动的水中，其实验现象如图2所示;最后，要求学生对比这两种现象，思考光在介质中是否总是沿直线传播，从而得出只有光在同種均匀介质中总是沿直线传播的结论。

知识巩固与规律应用  在归纳总结出实验规律后，教师应进一步引导学生加深对知识点的掌握，巩固和应用实验规律，帮助学生不断建立起物理概念和规律与日常实际生活的联系。如在学生总结出光沿直线传播的结论后，笔者及时呈现日食、日全食等学习资料，要求学生以小组为单位，利用日常生活材料自制教具演示日食、日全食等天体现象，帮助学生进一步完善知识结构。

3 初中光学自制演示实验教具教学实践

仅有相关理论是不够的，而初中光学自制演示实验教具教学应该是理论与实际相结合。笔者以苏科版初中《物理》八年级教材第四章“透镜及其应用”中第三节 “视力的矫正”为例，借助形象直观的自制水透镜模拟眼睛，有效呈现近视眼、远视眼的成因和矫正原理。

创设情境，提出问题  为了充分调动学生参与实验探究的积极性，教师随机邀请一名眼睛近视的学生摘掉眼镜，要求他说出近视的感觉。其他学生对比观察这位学生的眼睛与正常学生的眼睛有什么不同之处，教师在学生观察总结的基础上，总结得出眼睛近视学生眼球凸出的结论。要求学生思考为什么会出现这种现象，猜想出近视的原因与眼晶状体的厚度有关。

交流讨论，设计实验  为了进一步探究近视眼的成因，有效验证学生所作的猜想，及时呈现眼球的构造，如图3所示，要求学生充分了解眼睛能够看到物体的原理。并在相互讨论交流的基础上，让学生思考视网膜、晶状体和角膜所组成的共同体的具体作用，引导学生总结出视网膜相当于光屏，晶状体和角膜共同作用相当于凸透镜。参照眼球构造原理，让学生自主设计制作水透镜模拟眼睛，如图4所示。其具体做法是在橡胶接口处连接一个注射器，其他各部分确保封闭紧密;随后通过注射器向橡胶内注入适量水，将注入水的橡胶放入凸透镜套壳内并加以固定。要说明的是，为了能够模拟晶状体的厚薄，实验可以通过所连接的注射器改变水透镜的厚薄，从而达到相应实验的结果。

实验探究、收集数据

首先，提前准备好实验所需的光具座、光屏、蜡烛和自制的水透镜等实验器材，并按照图5所示示意图安装好。

其次，点燃蜡烛，将蜡烛放置在离自制的水透镜距离25 cm以外，移动光屏位置直至光屏上呈现清晰的蜡烛像，并要求学生仔细观察光屏上所呈现的像。

再次，应用自制水透镜自身所携带的注射器注水，使自制水透镜变厚，要求学生仔细观察光屏上所呈现的像，结合现实生活中近视眼睛学生的做法，讨论如何才能重新使光屏上所成的像再次变清晰，并进一步验证学生的想法，即适当调近蜡烛与自制水透镜之间的距离，或者在蜡烛和自制水透镜之间放上近视眼镜。

最后，要求學生模拟近视眼，探究近视眼的成因和矫正措施，尝试描绘出近视眼的成因光路图和戴眼镜的矫正光路图，分别如图6、图7所示，即：眼睛晶状体太厚，折光能力太强，使得物体成像于视网膜前，需要凹透镜矫正。并交流探讨预防近视的措施。

在此基础上，要求学生继续探究远视眼的成因和佩戴眼镜的矫正光路图，分别如图8、图9所示，即：眼睛晶状体太薄，折光能力较弱，使得物体成像于视网膜后，需用凸透镜矫正。并交流探讨如何养成正确用眼的习惯。

实验小结，总结提升  要求学生以本节课程的收获和问题为主题进行总结归纳，及时补充相关知识。如相当数量的学生提出通过上述实验现象看到的物体应该是倒立的，但在实际生活中观察到的物体是正立的。因此，笔者及时呈现视网膜上130多万个感光细胞、光信息大脑处理等知识。同时，要求学生进行自评和互评，为优等生、视力眼睛爱护者、光学知识爱好者提供探究的方向，及时提供阅读书籍或相关网络链接，最大限度地满足学生学习的需要。对于一些学困生给予鼓励性的评价，如“你真棒”“你也是视力矫正方面的小专家”等激励性言语。

4 结语

综上所述，在初中物理光学教学中，如果教师按照教材演示光学实验，则相当数量的实验教学效果将会大打折扣。因此，教师应结合实际，选择合适的器材，或是利用日常生活中的物品自制实验教具，利用自制教具探究知识，这样不仅能够激发学生探究的兴趣，而且能增强课堂实验教学效果。

参考文献

[1]杨艳玲，付丽萍.创造技法在自制教具中的运用：以“力的分解演示仪”为例[J].物理通报，2019（1）：91-95.

[2]赵秋燕，高翔，林宏宇.自制教具突破测量降雨量教学难点[J].教育与装备研究，2018（12）.