基于Algodoo的初中物理光学教学新思路探讨——以苏科版物理光学教学中若干片段为例

江苏省宿迁市沭阳如东实验学校(223600) 朱红伟

初中物理光学知识的学习多以实验进行，理论分析以精确作图为主，如探究凸透镜成像规律。然而在初中物理实验室中，部分光学实验对环境、器材、课型等有一定要求，比如光线亮暗会影响实验的效果、习题课教学时不具备做实验的条件等；同时学生的作图能力也有所欠缺，无法进行精确作图来得出规律或进行解题。这就需要有新的教学思路来改变这一现状，既要保持现有的实验教学模式，同时也要通过一定手段来提升学生的实验认知能力和精确作图、科学解题能力。本文将以Algodoo平台为工具，以苏科版光学教学中若干教学片段为例进行评析，探讨出适合当前光学教学的新思路。

1 Algodoo简介

Algodoo为瑞典公司于2009年推出的仿真实验平台，利用它可以绘制物理图像、构建物理模型、展现物理情境。使用时先利用“新建场景”菜单创建场景(如本文选择光学场景)，并使用绘图工具进行编辑；利用平台内置的元件工具及弹簧、镭射灯、火箭助推等其他辅助工具创建物理元素，并对元素的质量、密度、摩擦力、材料等参数进行设置，最终使其在重力、摩擦力、弹力、浮力、空气阻力等环境下相互作用，从而实现高精度的物理仿真实验。实践证明，利用该平台进行的光学实验完全能够替代常规实验，并在实验效果、实验精度等方面优于常规实验。

2 教学片段

2.1 片段一：观察光的色散

“分解太阳光”活动开始前已完成光的色散演示。

师：同学们，刚才我们将太阳光“引入”教室并照射在三棱镜上，看到了什么现象？说明了什么？

生：白光被分解为不同颜色的光，说明白光不是最单纯的。

师：确实如此，但是大家观察刚才的实验现象又能发现什么问题？

生：现象并不是很明显，只能大概看清红光、紫光等，其他看不清楚。

师：老师今天给大家介绍一种全新的仿真实验平台——Algodoo，我们通过它就可以真实再现分解太阳光的场景。

教师打开“光的色散”Algodoo课件并进行模拟展示，如图1所示。

图1 光的色散

师：通过刚才的实验，大家又观察到什么现象能得出什么结论呢？

生：看到了一条光带，从上向下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

师：其实这就是光的色散现象。太阳光可以分解成多种色光，那么多种色光混合能得到白光吗？我们应该如何去做？

生：在三棱镜的右边再加一个三棱镜，我猜想可能会得到白光。

教师拖取三棱镜放置在合适位置，如图2所示。

图2 光的复合

师：正如刚才同学所说，分解的色光也可以复合为白光，大家如何来理解光的色散现象呢？

生：光的色散现象说明了太阳光是由多种色光混合而成的。

评析：平常教学中一般使用太阳光作为光源，理论上白光经三棱镜折射后，在白屏上出现从上到下红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫依次排列的彩色光带，但由于实验环境等因素影响，实验效果不明显。此时使用高精度的Algodoo仿真平台进行演示，经过一系列的参数设置就可以真实再现光的色散现象，使实验现象更明显，使学生印象更深刻，提高教学目标达成度。

2.2 片段二：鱼像位置

师：通过学习我们了解到鱼在水中所成像为虚像，相对于鱼而言是变浅的，那大家认为鱼像应该在物的什么位置呢？偏左上？正上方？偏右上？

教师要求学生分小组进行讨论，画光路图的方式作出鱼像，并通过不同的结果形成认知冲突。

师：大家对比老师选取的3组光路图(如图3所示)你有什么发现？

图3 学生所作光路图

生：3个小组的光路图不一样，得到的鱼像位置不同。

师：那鱼像到底应该在什么位置呢？我们在岸边观察鱼像有什么样的规律呢？

教师打开“鱼像位置”Algodoo课件，并进行介绍和演示，如图4所示。

图4 鱼像位置对比

师：通过观察你有什么样的结论？

生1：通过老师在屏幕上添加的延长线可知，交点也就是鱼像应该在鱼的右上方；

生2：但是从鱼正上方向下看时，鱼像在正上方了。

师：其实鱼像的位置取决于人眼的观察位置。偏离鱼观察时，鱼像在鱼的右上方；在鱼正上方观察时，鱼像在正上方，符合“拉近变浅”的规律。

评析：苏科版教材中要求学生会通过作图分析，得出“像在物的上方”结论，但像相对于物的准确位置，教材并没有明确说明和要求。鉴于学生所作光路图千差万别，同时为了更好地和高中光学知识衔接，笔者认为应在第4小题基础上加以拓展。使用常规方法无法完成这个实验，借助Algodoo平台可以完美再现实验场景，并利用白板笔添加折射光线的反向延长线找出鱼像位置，最终得出结论。通过该环节的学习，学生不仅掌握了正确的知识，同时也为高中物理学习奠定了基础。

2.3 片段三：近视眼成因及矫正

师：通过刚才的“模拟探究近视眼的缺陷”活动，大家学到了哪些内容？

生：近视眼成像在视网膜之前，应该使用凹透镜进行矫正；但是利用凸透镜、光屏来模拟晶状体、视网膜不太好理解。

师：下面老师用Algodoo仿真实验平台真实再现近视眼的成因及矫正情况，请看大屏幕。

教师打开“近视眼成因”Algodoo课件，并进行介绍和演示，可以选中凸透镜利用“缩放工具”使其变厚或变薄，让学生清楚地明白“成像在前”的真正原因，如图5所示。

图5 近视眼成因

师：在近视眼成因图中，我们可以发现光线会聚在视网膜的前方，是什么样原因造成的呢？

生：晶状体变薄，会聚能力增强，焦距变短。

师：那我们应该如何进行矫正呢？

学生回答问题，同时教师让某同学利用鼠标拖动凹透镜到合适位置，让会聚点正好在视网膜上，如图6所示。

图6 近视眼矫正

师：其实近视眼镜的作用就是使光线发散，使像相对于晶状体向后移，正好成清晰像在视网膜上。

评析：视力缺陷的成因及矫正是光学知识中的重难点内容。通常学生是通过常规的替代实验来进行探究，但由于没有建立真实的人眼成像模型，知识的获取非常被动。Algodoo可以高仿真度地构建人眼模型，通过“缩放”“拖动”等工具模拟近(远)视眼的成像原因及矫正方式，使学生感受真实的情景。学生在好奇心的作用下对该环节的学习充满了热情。既让学生获取了知识，也对学生的用眼卫生与习惯有一定的教育意义。

3 结语

在常规光学实验教学基础上，教师利用Algodoo可以轻松制作高仿真课件，进行辅助教学；学生也可以在课外进行光学仿真实验，验证课堂所学光学规律，加深对物理规律的理解。在这一教学思路引领下，既可以弥补常规实验的不足，提升实验教学的品质，也可以激发学生的学习热情，培育学生的探究精神。但是仿真实验不等同于常规实验，只是起到一定的教学辅助作用，相信只要运用合理就可以实现光学重难点的突破，有助于课堂效率的提高。