利用“光的反射”自制教具培養學生探究能力

孫曉兵

摘要：借助自制教具開展中學物理實驗探究式教學是促進物理實驗教學發展的有效途徑，也是一種“教、學、做”合一的探究式學習方法的具體體現隨著自制教具獲得的不斷發展，它的許多特點都與新課程標準的指導不謀而合，它是全面推進素質教育的一條捷徑.

關鍵詞：自制教具；光的反射；探究能力

物理教學實驗，是根據一定的教學目的和教學需要，有選擇地把一部分研究或探索物理現象和規律的實驗或事實，在集中的時間內展示給學生，教給學生，用以幫助學生掌握知識和學習方法，培養能力，提高素養

《義務教育物理課程標準》（2011 年）指出要發揮實驗在物理教學中的重要作用物理實驗教學在人才培養方面有著極其重要的作用新課程標準中關于科學探究總結了七大要素，即：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作因此，物理實驗探究式教學的基本程序可概括為引發問題→提出假設→設計實驗→實驗探究→分析總結→評估交流

在新課程標準背景下借助自制教具開展中學物理實驗探究式教學是促進物理實驗教學發展的有效途徑，也是一種“教、學、做”合一的探究式學習方法的具體體現隨著自制教具獲得的不斷發展，它的許多特點都與新課程標準的指導不謀而合，它是全面推進素質教育的一條捷徑

現階段，物理實驗室已經具備一定的規模，能夠滿足學生基本的實驗需要但是由于一些實驗器材的設計有局限性，導致有些實驗在操作上和引導學生探究上具有一定的弊端有的實驗器材不能夠引起學生的思考，只是讓學生知道是這么回事，屬于驗證類實驗器材，而不是探究型實驗器材，現以“光的反射實驗”為例進行說明

1“光的反射”現有實驗裝置的缺陷

現有的實驗器材如圖1所示，整個試驗裝置是由兩塊木板組合而成，板子后面是兩個小合頁（如圖2），板子前面固定一塊小平面鏡，使得右側的木板可以向后折，不能向前折，用這個特點說明反射光線、入射光線和法線在同一平面內

11這個實驗裝置有這樣幾個缺點

（1）板子的邊框由于有個封條，所以與板子整體不是平的，使用激光筆的時候，激光筆發出的光線不是嚴格地貼著左側的板子入射的，其實有一個小的角度，板子上的光線看起來不是那么清晰（如圖3）

（2）右側的木板可以向后折，但是不能向前折，更無法全角度彎折，只能驗證反射光線只存在某一個平面內，而算不上真正意義上的探究而且固定的平面鏡也限制了板子的轉動，同時紙板與平面鏡也只能是垂直的狀態，無法成角度調節

（3）由于實驗裝置的限制，學生在操作時只能在這兩塊板上看見反射光線和入射光線，所以會強化記憶成反射光線與入射光線在同一平面內，而忽略了其實這個平面是由入射光線和法線所決定的平面因為法線并不存在，而且在實驗的過程中始終沒能把法線標記出來，所以學生在總結規律時也會忽略法線的存在

12這個裝置對實驗的不良效果

尤其是當學生面對有的實驗題時，思維障礙點就突出顯現出來了平時在探究“光的反射定律”實驗時，進行如圖4所示的實驗操作讓光線貼著紙板沿AO方向射向鏡面，反射光線沿OB方向射出，如圖甲所示，將右側紙板沿ON向后折，在紙板上不能看到反射光線，在實驗過程中，若將紙板傾斜，讓光線仍貼著紙板沿AO方向射向鏡面，如圖乙所示，此時紙板上是否能看到反射光線？

很多學生認為，紙板是一塊紙板，反射光線與入射光線在同一平面內，所以只要入射光線在這個平面上，那么反射光線也一定在這個平面上他們的錯誤認識就是因為忽略了法線的位置，忽略了反射光線其實是在由入射光線和法線所決定的平面內的

2對實驗裝置的改進

針對原來實驗裝置的弊端所暴露出的問題，筆者帶領學生對實驗器材進行了如下改進：

（1）顯示光路的紙板不能有邊框（如圖5）；同時紙板上可以貼有量角器，反射角與入射角的大小關系也同樣可以探究

（2）兩塊紙板不僅能后旋轉，還要全角度旋轉（如圖6）各紙板和底座接觸的位置都嵌入小磁鐵，滿足旋轉和穩定的需要另外，尋找反射光線時是真的去探索光線的位置，而不是只有局限的位置可以選擇（如圖6）；

（3）用另一個激光筆隨時顯示出法線的位置，在學生確定反射光線的同時看到法線的位置，確定三線共面（如圖7）；

（4）兩塊紙板可以與入射面成角度擺放，不是只能垂直放置（如圖8）；

（5）光源可固定，不用手持，讓入射光線的角度保持穩定（如圖9）；

（6）平面鏡鑲嵌到反射面內，不讓它影響紙板的旋轉（如圖10）

此外，實驗過程中可以針對實驗現象適時提出問題，如當在圖11的位置中找到反射光線后，可以提出問題：如何確定反射光線和入射光線在同一平面內？法線是否也在這個平面內？在實驗過程中可以隨時打開光源，顯示出法線的位置.把兩塊紙板去掉，用一個整塊的紙板放在與平面鏡垂直的某位置就可以同時看到反射光線和入射光線，此時法線也在這個平面內如圖12

3利用改進的自制實驗裝置培養學生的實驗探究能力

利用自制教具，可以在實驗過程中提出諸多具有探究價值的問題，以培養學生的發散思維和科學探究能力如：

（1）反射光線是否在入射光線和法線所在的平面內？

（2）反射光線和入射光線是否分居在法線兩側？

（3）反射角與入射角是否相等？

按照現在中考要求，也可以引導學生分別找出自變量、因變量和控制變量進行科學探究，寫出實驗方案、進行實驗并加以評估在學生實驗的過程中，始終以問題為中心，以實驗為保障，以討論為主線引導學生深入地思考，把驗證性實驗轉變成探究性實驗，開拓學生思路，發散學生思維，全方面培養學生實驗探究能力

突破學生的思維障礙，提升學生的實驗探究能力，對教師的分析能力、教材研讀水平及教學設計能力都要求很高endprint

例如，在光的反射實驗中，學生們出現的問題集中在法線的建立和作用上，為什么要建立法線這一模型呢？

每一條入射光線和其對應的反射光線都可以呈現在各自的一個平面上如圖13，從不同方向射向同一個入射點的對應光線都可以呈現在對應的平面上如圖14

上述三個不同的面組合到同一個圖中如圖15所示，三個面相交于同一條直線ON，通過實驗可以看出，用不同的平面承接不同角度（平面在底座的位置如圖16）的光路時，ON在不同的平面上都能看見，所以這條直線對于找到過O點的反射光線至關重要，把該條直線抽象出來，如圖17所示，由于它不是一條真實的光線，所以它在作圖時要用虛線畫出，通過用直尺測量發現，該條直線肯定過入射點，且與反射面垂直，因此把這樣一條過入射點，且與反射面垂直的直線用虛線畫出且定義為法線

4對利用自制教具培養學生實驗探究能力的思考

41改變學習方式，促進知識建構

以自制教具進行物理實驗探究式教學，要求在教學過程中，教師要摒棄掉以前課堂上主導者的身份，變成學生學習的合作者，在一個相對輕松愉快的氛圍下引導學生進行實驗探究，讓學生有充分的話語權和主動權，而不再只是一個知識的接受機器，當學生從這種探究式的學習方法中獲得成就感時，自然而然就會改變以前被動的學習方式和惰性的思維模式，積極主動的去學習、去思考學生是知識的主動建構者，必須主動參與整個學習過程，根據自己先前的經驗，與他人協商、會話、溝通，在相互質疑的過程中，建構知識特別是對于大多數同學口中較難的物理學科，從被動到主動的這一轉變過程，會讓許多學生對物理這一學科有了重新的認識，學習好物理就不再是一件難事

42鍛煉學生動手能力和實踐能力

現實中的中學生，在應試教育“重分數輕能力”的大環境下，理論知識強，實踐能力弱，極不符合社會的需要和國家的需求，而解決這一問題最直接的方法就是讓學生參與到實踐活動中來對于中學生而言，教具制作是符合學生心理特征和發展要求的綜合性實踐活動根據學習需要，指導學生自己制作教具，是培養學生動手能力和實踐能力的重要途徑教具制作前學生首先要去查閱相關資料，制定出合理的方案，接著尋找合適的制作材料、準備所需的工具，這些前期的準備活動，能夠幫助其豐富生活經驗，完成對事物的認知制作時，就真正到了考驗動手能力的時刻了，怎么樣使用鋸齒，鉆孔機應該怎樣操作等等這些問題都影響著制作過程是否順利，所以學生應該掌握各種勞動工具的使用方法和技巧，熟記注意事項，在實踐中不斷提升其動手能力教具初步制作完成后，還要對其進行調試、改進和反思，在上述活動進行后，最后的成品將用來進行實驗探究活動在實驗探究的過程中，學生可以更深入地思考問題，用物理學原理解釋實驗器材的優點和缺點，用實驗器材探索未知的知識原理兩者相輔相成，互相促進，學生的思維能力和解決問題的能力也將有所提高

43培養創造精神和科技意識

自制教具的設計是應用科技知識與教學經驗進行的一種具有多種潛在價值的創造性活動，任何一件教具的制作都是經過一番思考，然后出現創意、構思和設計在實際的制作過程中，學生會發現自己的創造潛能，激起創造的欲望和興趣，進而培養創新能力；而制作過程很多時候是艱辛曲折、充滿挑戰和困難的，失敗和挫折再所難免，——堅持到底才能成功，能夠培養學生的創新勇氣，鍛煉創新意志；制作過程又是嚴謹求實、各具特色的，有利于培養創新個性和創新品質；制作方案的制定、制作材料的選取、制作工具和技術的使用都需要創造性思維的參與，更需要創造策略和技巧的使用，能夠有效地提高學生的創新能力；制作成果的使用是對學生創造性勞動的最好獎賞和激勵，能夠點燃學生更大的創新熱情同時，由于教具的創作和使用過程必然涉及科學知識與生產技術，在創造性思維物化的過程中，對學生的科技意識會起到強化作用

本文只闡述其中的一個例子，自制教具可以在很多課上進行嘗試，尤其是現有實驗器材不能滿足學習需要時，可能一個小地方的改進都能取得突破性的進展學習是在不斷地嘗試中完善的，利用好自制教具，可以使教學效率大大提高，對學生探究能力的提升起到推波助瀾的作用在基礎物理教學中，將自制教具與實驗探究式教學相結合，不僅有利于學生學習成績的提高，激發并保持學生學習物理的興趣，而且有助于培養學生的科學思想、科學方法、科學態度和科學精神，最終達到提高學生科學素養的目的以自制教具開展中學物理實驗探究式教學是課程改革的需要，是推行素質教育的強有力的手段在學生普遍認為“物理難”的今天，這項舉措將會給物理教學帶來一個全新的面貌

參考文獻：

[1]李悶心中學物理自制教具的研究[D].福建師范大學，2014.

[2]李明以自制教具促進物理探究實驗的發展[D].天津師范大學，2012.

[3]范亞穎中學物理實驗自制教具開發過程中的案例研究[D].2013.

[4]袁國道，邢海根.詮釋“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”新意[J].物理教師，2007，03endprint