初中科學教學光學實驗的改進研究

唐順美

摘 要：觀察和測量是科學學習中重要方法。在光學實驗中眾多教師一直有這樣的困擾：實驗現象不夠清晰，對學生來講實驗事實的可信度受到質疑，因此解決光學實驗的可視性問題是獲取客觀事實重要途徑，根據筆者對其他教師的課堂觀察發現，老師們有了一些改進，但缺乏對這些改進的系列研究。此外，在具體的課堂教學中教師存在在一次成功時“點到即止”現象，缺乏對實驗現象的舉一反三和深入探究，也就是說實驗現象的普適性往往被忽視。如何設計光學實驗儀器解決以上兩個問題，并在課堂教學檢驗，經過筆者在實踐中的深入研究，總結提出初中物理光學器材需要考慮器材的選擇、度量引入和實際的聯系等角度來進行設計改進，所設計的器材經過實踐教學檢驗，對光學實驗教學存在如上問題取得根本性的解決，實驗教學效果大幅度得到改善。

關鍵詞：初中物理 光學實驗 改進 教學效果

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0137-03

實驗是學生獲得感性認識的重要途徑，在此基礎上學生進行理性思考會更加深刻。對于初中物理的許多科學知識學習需要用實驗去支撐，但是在實際教學中筆者發現在現行的實驗條件下并不能很好地為我們實驗教學提供很好的支撐，比如初中物理光學實驗教學就存在這樣的問題，眾多教師一直有這樣的困擾：實驗現象不夠清晰，對學生來講實驗事實的可信度受到質疑，因此解決實驗的可視性問題是獲取客觀事實重要途徑。根據筆者調查發現，老師們在這方面有了一些改進，但缺乏系列研究。此外，在課堂觀察發現教師存在一次成功時“點到即止”現象，缺乏對實驗現象的舉一反三，也就是說實驗現象的普適性往往被忽視。筆者認為結合以上兩個問題改進光學實驗設計是提升光學實驗教學效果的重要途徑。

1 光的傳播的改進

“光的傳播”實驗是學生認識光的基礎，要求學生知道光在均勻介質中沿直線傳播。為完成這一教學目標，需要在空氣、液體、固體等介質中分別進行實驗。普通實驗教學的課堂上所用的實驗器材為激光手電、水杯、水、玻璃等基本要件。然而在實際操作中遇到以下幾個問題影響了實驗的效果。

（1） 激光手電在空氣中的實驗效果十分微弱，僅能看到光線終點，見圖1（a）。

首先嘗試通過點燃香的方式，產生煙霧增強可視效果，實驗結果是燃香產生煙霧少，且煙霧四散不集聚，又污染了周圍環境，學生感到嗆鼻。再次改進，利用艾條燃煙，置于玻璃缸中，頂部用玻璃遮蓋，減少煙霧擴散，實驗效果明顯，能看到光線在煙霧中呈直線傳播，改進后如圖1（b）所示。

（2） 在清水中的光線模糊，斷斷續續無法判別是否為直線，見圖2（a）。

首先嘗試加入椰汁，發現濃度配比困難，只有在一定濃度的情況下才能看清光線，太稀或太濃都影響實驗效果。再次改進，加入適量蜂蜜，多種濃度下，調制均勻，均能有光線在液體中呈直線傳播的現象，改進后如圖2（b）。

（3）普通玻璃呈現的光線不是整條，演示效果缺乏說服力。

基于以上問題，結合巧用生活器材的改進思想，筆者針對實驗操作進行了探索。

固體。首先嘗試改用果凍作為實驗器材，發現實驗效果存在隨機性。不同品牌、不同配料的果凍實驗效果差異極大，偶有果凍中存在的果粒截斷了光線。再次改進，采用有機玻璃進行嘗試，發現光線成長條直線傳播，效果明顯，如圖3。

由于采用了生活中的常見用品，此次實驗的器材獲取難度不大，學生自己也能進行驗證，操作方便；同時，以上嘗試的實驗效果明顯加強，得出光在均勻的介質中沿直線傳播，利于學生的觀察與記錄，又減少了實驗煙霧對課堂環境的污染。

2 光的反射的改進

“光的反射”實驗的教學設計多為在空氣中進行，運用平面鏡、刻度尺等器材展開。但如案例1中所提到的，單純在空氣中進行實驗效果不明顯，而運用燃香、艾草等方式又會產生大量煙霧，不符合環保理念。因此嘗試在水中進行此項實驗，實驗器材為較大功率激光筆、鐵架臺、特制水槽和量角器。水槽和量角器的制作特點與實驗步驟如下。

（1）玻璃水槽為長方形，水槽背部為黑色以達到更強的視覺效果。

（2）為體現實驗原理（反射角等于入射角）的科學性，自行制作較大刻度的塑料量角器，刻度左右對稱，緊貼內壁置入水槽。

（3）運用激光筆將入射光線與量角器的某條刻度重合，觀察反射光線是否與其對稱刻度重合，以驗證反射角等于入射角的原理，還可證明反射光線、入射光線、法線在同一平面。

（4）為體現實驗結論的普適性，需要多條光線射入水中而得到相同的結論，此處發揮鐵架臺的作用，將2～3支激光筆固定在鐵架臺上向水槽發射光線，觀察是否存在反射現象、是否均符合反射定律。

通過以上改進，學生不僅看到了多條光線的反射現象，還通過量角器的刻度驗證了光反射的定律，實驗效果明顯。此次實驗器材的準備與制作基于舉一反三、引入科學測度的改進思想，提高了實驗的普適性和科學性，促進了實驗教學目標的實現。

3 平面鏡成像的改進

目前許多學校“平面鏡成像”實驗往往因為缺少實驗儀器或儀器損壞的問題難以順利開展，為解決這個問題，綜合巧用器材、引入測度和聯系實際等3種形式的實操改進和創新，豐富實驗教學目標與內容，科學制作符合實際需求的實驗器材。此項實驗的教學重點主要有兩點，一是掌握平面鏡成像的特點；二是結合實際，理解生活中平面鏡的運用。結合教學重點，探索設計實驗器材如下。

3.1 粗制實驗儀器

制作如圖5所示儀器，實驗過程中，將點燃的蠟燭A置于一側，在玻璃板另一側放置沒有點燃的蠟燭B，直到看上去它跟A完全重合為止，固定蠟燭，做上記號，觀察像與物體是否相等，測量此時蠟燭A、B到玻璃板的距離是否相等。

3.2 精制實驗儀器

（1）粗制實驗儀器在觀察成像時發現成像有兩個，原因是玻璃板太厚，因此在精制儀器時選取厚度適中或較薄的玻璃。

（2）粗制儀器在測量距離時由于人為誤差的存在，部分同學的測量結果存在較大誤差，影響了實驗的效果。為體現實驗的科學性，將刻度直接畫于實驗板上，如圖6所示，實驗時，將蠟燭A首先置于刻度一端，再進行其他操作，進行此種處理后，既能說明成像與物體在同一直線上，又可以直觀迅速地讀出得到蠟燭與成像到玻璃板的距離，減少測量誤差。

3.3 擴展實驗儀器

通過精制儀器，完成了實驗的基本目標，但尚未緊密聯系實際。結合生活實際，將小轎車擋風玻璃的斜放設計搬入實驗室，設計擴展實驗儀器如圖7，將兩側凹槽設計成一定角度，將平面鏡斜置于實驗板上，觀察形成車內成像在上方與車外行人相區別的直觀體會，加深學生對于此次實驗的理解，提高其實驗運用的意識與能力。

4 光的折射的改進

光從空氣中斜射入水中，按課本空氣和水中光路均不明顯，學生沒有感性認識，只是記憶折射規律，怎樣使光路清晰？利用前面的裝置，裝一半加了少量蜂蜜的水，水上面放蒸發皿，里面放點燃的艾條，上面覆蓋防止煙氣逃逸，煙量要適中，效果好，改變入射角，比較入射角和折射角的大小以及折射角隨入射角的變化情況，當垂直射入，方向不變，通過此實驗學生對折射原理有了更深的認識。（見圖8）

5 實踐效果

以上光學實驗改進從3個角度進行設計：器材的選擇、度量引入和實際的聯系。經過實際教學檢驗，每個角度都充分發揮了它的效果：從器材的選擇方面改進現象清晰可見，使得學生獲取客觀事實，有了真實性；從量度引入方面改進實驗，通過多次實驗，滲透實驗原理普適性；從實際的聯系方面改進實驗，可以提高學生對科學知識的應用能力，總之大大提升了實驗教學效果。最后對于光學實驗改進三方面思考角度是否適用其他領域的實驗改進，有待于進一步嘗試。

參考文獻

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