《光和影》实验装置改进

谭嘉雯

实验原型及不足

《光和影》一课，教材提供的实验方法如图1。实际教学中，存在着一些问题，主要表现为以下几个方面：

1.操作难度大。学生用手悬空拿着手电筒，难以保证照射距离不变，且照射角度容易发生较大偏差。

2.发现规律难。定点定位照射，不利于学生发现影子的连续变化过程，从而很难得出规律。

3.产生错误认知。采用上方照射、下方画影子的方式，当光源直射时，影子被物体挡住，导致学生产生“光源直射时没有影子”的错误认知。

4.实验证据难呈现。学生记录的结果难以全部呈现在黑板上，难以通过展现学生的整体证据进行集体论证和深入研讨。

改进原理

基于教材中实验装置的不足，我对光和影的实验装置作了以下几点改进，力求达到更好的教学效果：操作面改立面为平面，将水平面作为操作区，竖直面作为记录区;利用立面为屏承载影子，把记录区改到后面，这样，光源直射时学生也能看到投射的影子;光源变化利用特制的轨道移动，使得照射的距离和角度更加可控;将教材的三个实验集中在同一套装置中进行，提高课堂效率;利用透明胶片承载影子，记录影子，将各组结果叠合在一起时可整体呈现学生记录的结果，将实验结果可视化。

制作材料与工具

白纸、蝴蝶夹、木块、木板、透明胶片、透明亚克力板、双轨窗帘轨道、手电筒等材料，以及创客小机床、激光切割机等工具。

制作方法

利用木板作为底板，在底板上制作凹槽，用于立起亚克力板，支持屏的放置。

用雙轨窗帘轨道作为光源移动的轨道，轨道各点到屏中央的距离保持不变。在轨道上选择具有代表性的不同角度，分别标注“1、2、3、4、5”，并在数字上方标注角度（如图2）。

在底板中央画出木块运动的轨迹，同时在轨迹上选择具有代表性的三个位置，分别标注“A、B、C”。

在亚克力板后方夹上白纸作为屏，在纸屛后方夹上透明胶片，用于记录实验现象。

整个装置各种视图如图3。

实验方法

1.研究影子长度与光源照射角度之间的关系

指导学生把透明胶片固定在屏上，把木块平放在屏中央，把手电筒沿着轨道移动到“1”处，打开手电筒，画出影子的轮廓，标注“1”。

将手电筒沿着轨道缓慢移动，观察影子的变化，移动到“2”处时，画下影子的轮廓，标注“2”。

以此类推，完成“3～5”号位置的记录。

2.研究影子大小与光源远近之间的关系

指导学生更换新的透明胶片，打开手电筒，并移动至“3”处。

将木块竖直放置在“A”处，在胶片上画出影子轮廓并标注“A”。

缓慢移动木块至“B”处，在胶片上画出影子轮廓并标注“B”。以此类推。

3.研究影子形状与什么因素有关

指导学生更换新的透明胶片，打开手电筒，并移动至“3”处。

木块竖直放置在“B”处，在胶片上画出影子轮廓，并标注“正”，把木块平放在“B”处，在胶片上画出影子的轮廓，并标注“侧”。

以上3个实验，学生完成后，各小组提交实验的透明胶片，按不同的实验记录重合起来，粘贴在黑板上，教师让学生开展集体研讨活动，引导他们根据实验现象得出结论，增强他们的实证意识。利用创新装置获得的实验记录便于统一研讨，学生能够通过透明胶片重合的记录，找出各组的大致规律，使得实验结论有据可依（如图4）。

实验优点

将屏立起来，区分操作区和记录区，减少了操作与记录的相互干扰;光源照射的距离和角度可控，减少了人为操作带来的误差;沿着轨道移动光源，影子呈现连续变化，便于学生连贯地观察现象;从另一侧记录影子，有效避免了光源在直射时学生由于看不到影子，得出“光源直射时没有影子”的错误认知;利用透明胶片记录影子变化的规律，将多组记录结果的胶片重叠展示，使实验结果可视化。