魔术情景在“光的折射”教学导入中的应用

晏福勇

(重庆市第一中学校,重庆 400030)

教学导入对于整堂课的教学有着重要的作用,所以教师在教学导入环节总是想法进行背景设置或情景铺垫,为学生思维和情感的激发创造充分的情绪氛围,其中魔术情景就被广泛地应用于物理教学中,例如在设计“光的折射”的教学导入环节时,就可以根据光的反射和折射现象创设出魔术情景,这种魔术能产生神奇的光影效果,给学生的视觉和思维带来很强的冲击力,能更好地激发学生的学习兴趣和积极性,提高课堂的学习效率.

1 “光的折射”导入案例实录

“光的折射”是初中物理沪科版八年级第4章第3节的教学内容,下面是关于“光的折射”的两个不同魔术情景教学导入案例的课堂实录.

(1) 导入案例1:脸谱变脸.

师:同学们,知道或者看过脸谱变脸吗?

生:知道(或看过).

师:今天老师就是魔术师,我来给你们表演一个神奇的变脸魔术.

(展示并介绍魔术道具,如图1所示)这是一个空箱子,通过摄像头对着箱子的透明玻璃处看到箱子里面有一个黑白脸谱,并把摄像头的图像投影在屏幕上供大家观看,接下来就是见证奇迹的时刻.(教师接着操作:用小水桶往箱子里面逐渐加水,并提醒同学们注意观察黑白脸谱的变化,当水加到浸没黑白脸谱时就停止加水)

师:你们看到黑白脸谱发生了什么?

生:变成彩色脸谱了.

师:这个神奇的现象是在加了水之后才发生的,说明水起了关键作用,(展示箱子里面有两个脸谱)其实两个脸谱发生变化是涉及到光的折射现象,所以今天我们就来学习“光的折射”知识,学完之后,你们自然就会明白神奇变脸的秘密(导入新课“光的折射”).

(2) 导入案例2:坐井观天.

师:坐井观天的故事相信大家都知道,青蛙在井底视野太狭窄,怎样才能增大青蛙的视野呢?今天老师就给大家变一个魔术.

(展示并介绍魔术道具,如图2所示)用摄像头代表青蛙眼睛,上端开口的不透明空圆筒代表水井,顶板仰视图中的图案代表星空.

图2

[开始表演:打开摄像头,把顶板上的星空图案投影到大屏幕上,如图3(a)所示]

图3

师:这就是井底之蛙的小视野,没见着几颗星星,我现在就开始施展“魔法”,接下来就是见证奇迹的时刻.

(教师表演魔术假动作并悄悄打开隐藏的阀门,水开始流入圆筒中)

师:你们看见了什么?

生:看见星空逐渐变大了[如图3(b)所示].

师:(在合适的时候悄悄关闭阀门)同学们,老师用“魔法”增大了青蛙的视野,看见了更多美丽的繁星,其实老师哪里有什么魔法,我只是悄悄地打开了阀门,让水流入了圆筒中而已(展示阀门和圆筒中的水),看来是圆筒中的水帮了大忙,增大了青蛙的视野,这里就涉及到光的折射现象(导入新课“光的折射”).

2 魔术的光学原理

两个魔术的基本原理都是光的折射,具体情况分析如下.

(1) “脸谱变脸”的原理.

如图4所示,在这个魔术箱子中等高的A,B两点事先粘贴好脸谱,A处粘贴黑白脸谱,B处粘贴彩色脸谱,最开始箱子是空的,当眼睛(或摄像头)沿着图中观察方向看去,这儿忽略薄透明玻璃给光线带来的微小偏折,就可以认为A处的脸谱反射出的光线是沿着AOC方向直线射出的,而B处的彩色脸谱被不透明的箱子侧壁遮挡了,眼睛(或摄像头)看不见,所以此时只能看到里面A处的黑白脸谱.

图4

当向箱子里面加水把两个脸谱都浸没后,光线AO从水中射出空气时就会沿着OD方向发生全反射,没有折射光线进入到眼睛(或摄像头),于是就感觉A处的黑白脸谱消失了;B处的彩色脸谱反射出的光线BO从水中射出空气时,恰好沿着OC方向折射出去进入到眼睛(或摄像头),于是就看见了B处的彩色脸谱,综合起来就感觉黑白脸谱变为了彩色脸谱,达到了变脸的神奇效果.

(2) “坐井观天”的原理.

如图5所示,忽略圆筒底部透明玻璃对光的微小折射,当圆筒中没有水的时候,由于光的直线传播,摄像头沿着观察方向看去就只能看到顶板上AB之间范围的星空图案;打开水龙头向圆筒中逐渐加水,当水在水位1时,光线从空气斜射入水中会发生折射,折射光线进入摄像头形成图像,此时从摄像头能观察到顶板上的CD之间范围的星空图案;当水上升到水位2时,同样的原理,摄像头能观察到顶板上的EF之间的星空范围.可以看出,在圆筒中水位逐渐升高的过程中,摄像头能观察到顶板上星空的范围越来越大,于是就出现了图3(b)中的现象.

图5

3 魔术道具的制作要点

3.1 制作材料和技巧

两个魔术都需要加水,所以制作时需要选择防水材料,“脸谱变脸”的魔术道具可以选用玻璃和玻璃胶来制作箱子,这些材料容易制作而且防水性好,制作好后,可以在箱子外侧贴上不透明的自粘纸,粘贴时只需留出图1中透明玻璃的宽度,两个脸谱要贴在玻璃箱子外侧,避免被水浸泡损坏而无法完成魔术或者不能重复使用;“坐井观天”魔术道具中的圆筒最好用现成的不透明的塑料筒进行改制,在塑料上打孔切割比较方便,同时要用玻璃胶密封好水管孔及底部透明玻璃的缝隙.

3.2 道具重要参数

(1) 重要厚度.两个魔术道具中都有透明玻璃部分,这部分的作用是为了方便观察,而要做到透明玻璃对光路的影响忽略不计,只有找很薄的透明玻璃来制作,当然同时也要考虑到玻璃的坚固性.

(2) 重要角度.如图4所示,箱子中加水后,为了使A处的黑白脸谱完全消失,最好的方法就是让光线AO从水中射出空气时发生全反射,根据光的折射定律可以求出光从水中射向空气发生全反射时的临界角∠AON.

在图4中,α=90°-∠AON=90°-48.8°=41.2°,β=α=41.2°.

所以制作箱子时,图4中的β角度要等于或小于41.2°.

(3) 重要距离.图4中脸谱的宽度要小于图中两根虚线之间的距离,超出了这个距离就有可能看不全脸谱;B点与A点的距离要根据做好的箱子尺寸来确定,可以把箱子装满水后,通过一边观察一边调节B点的脸谱,直到从观察方向看到完整的彩色脸谱,就能最终确定B点脸谱的位置.

图5中圆筒口的直径要小于顶板的宽度;给圆筒装满水,此时从观察方向看星空的范围是最大的,然后通过调节圆筒口与顶板之间的距离来达到最佳观看星空的效果.

3.3 道具方位

魔术表演时道具的方位很重要,有些现象是要清晰地展示给学生,这就要增加可见度,而有些装置或操作需要故意隐藏,图2道具主视图中虚线框部分就是这样,打开阀门的操作也要隐蔽,这是为了增加魔术的神奇效果,图4和图5中是按标出的特定观察方向,用摄像头代替眼睛把图像投影到大屏幕上,这就很好地解决了可见度的问题.

4 魔术情景的创设建议

4.1 倾情表演

魔术情景教学导入环节的一个重要作用是为了提高学生学习的兴趣和积极性,教师虽然不是专业的魔术表演家,但在表演上也要尽可能多加训练,使表演效果更加逼真、有趣,这样表演起来对学生更具吸引力,否则,就会失去创设魔术情景的魅力和价值,使教学导入的作用和效果大打折扣.

4.2 针对性强

魔术表演的主体效果一定要和将要学习的课程吻合,因为主体效果对学生的视觉冲击力最强,产生的导入效果也最好,要避免表演过程中只有一些细枝末节的现象才和将要学习的课程知识沾一点边,然后就非常牵强地、生硬地导入了新课.

4.3 避繁就简

教学导入环节的时间很短,创设的魔术情景不能太繁杂,让学生看起来眼花缭乱,思路不清晰,抓不住主要现象,只是看了一场热闹而已,因此魔术情景的创设要简单化,易操作化.

4.4 揭秘时机

在魔术表演完成后,学生期待的就是揭秘.一般情况下可以先揭开装置和操作上的神秘面纱,这样就会顺势引导学生去思考一些关键装置或操作带来神奇现象的原因,使新课的导入显得更加顺畅和自然,在学完新课程之后再对魔术现象进行知识性的揭秘,这样就通过魔术情景的导入激发了学生学习新知识的兴趣和动力.

新课程理念使教师在教学设计上有了更大的发挥空间,教师要结合所教知识和学生的特点创设出生动、有趣、合理的各种教学导入情境,这对于激发学生的主动性和提高课堂的有效性都非常重要.