低成本自制教具對初中物理實驗教學的創新與改進

袁超

摘 要：傳統的物理實驗教學中存在著諸多問題，這些問題阻礙著學生創新精神的培養。現在新課標對于初中物理教師提出了更高的要求，在實驗教學中教師應該注重提高學生的綜合素養、培養學生的創新精神和創新能力，從根本上提高物理教學質量。本文通過《光的折射》教學案例對初中物理實驗教具的自制與改進措施進行探討，為當前的初中物理實驗教學提供一些借鑒。

關鍵詞：光的折射；自制教具；初中物理；創新實驗

根據初中物理學科特點，許多物理知識和物理規律必須通過實驗才能說明清楚，實驗在物理課堂中占有舉足輕重的地位。而且在新課程改革的背景下，在實驗教學中教師不僅應該傳授給學生豐富的知識，更應該通過實驗提高學生的綜合素養、培養學生的創新精神和創新能力。因此，需要教師對于傳統的物理實驗進行自制和改進，通過教師的創新，推動學生的創新。本文結合《光的折射》案例中的幾個實驗，對初中物理實驗教學創新進行了探討。

1 探究“三線共面”問題

在研究折射光線、入射光線、法線三線在同一平面內的問題上時，上海科技出版社教材中的方法是將（如圖1所示）教具的光屏右半部向后折，在右半光屏上就看不到折射光了。從而就說明折射光線、入射光線、法線三線在同一平面內，筆者認為這樣研究不夠嚴密。因為當右半部光屏向后折時，承接不到折射光線，只能說明沒有折射光射向光屏的后方，但光屏的前方呢？所以為了提高實驗研究的嚴密性，也應將光屏的右半部向前方折起。觀察不到折射光，才能說明折射光線還是在原本的光屏平面上，即與入射光線、法線在同一平面內。

但是在實際操作中，為了提高實驗的操作性和可視性，我們都是使用線光源來完成本實驗，這時如果將光屏向前折，依然可以看到折射光線。所以最后筆者自制了如下實驗裝置：

（1）實驗裝置簡圖

如圖2、3所示

（2）實驗裝置說明

此裝置可以用來研究光折射時三線共面的問題。由兩部分組成：一部分是圓柱形容器，下半部裝有水（水中加幾滴牛奶）上半部是空氣（添加些煙霧）。另一部分是一個長方形框架，分別在其上方和下方分別裝有兩個激光筆（點光源），而且這兩根激光筆可以在框架平面內旋轉，并且無論怎么旋轉，其激光都會射向對面框架，即光斑總是落在框架的中線上。

將框架固定在容器上，點亮上方的激光筆，我們能觀察到入射光從空氣斜射入水中，激光經過水后，光斑還是落在框架的中線上，即可以說明入射光線和折射光線在同一平面內。

（3）幾點說明

①激光頭可以旋轉，從不同角度入射。多次試驗，總結出一般規律。

②下方的激光筆可以做從水中射向空氣的試驗。

③牛奶和煙霧添加適量就可，不要過多。

2 探究“兩角關系”“光路可逆”問題

（1）試驗裝置簡圖： 如圖4所示

（2）試驗裝置說明

可以用來研究光折射時兩角的大小關系，以及光路可逆規律。平底燒瓶中裝有水（水中滴加幾滴牛奶），瓶的兩側印有角度（用來讀出入射角和折射角）。瓶中掛有個重垂線，相當于法線。

（3）使用方法

①先用香在瓶中添加煙霧

②讓一束激光分別從瓶上方不同角度處對重垂線與水面的交點入射，觀察折射角的大小。

③改變激光筆的位置。讓激光分別從瓶下方不同角度處對準重垂線與水面的交點入射，觀察折射角的大小。

④讓另一根激光筆逆著折射光線入射回去，觀察兩條激光是否可以重合。（為了驗證光在折射時光路可逆）

（4）幾點說明

①重垂線下方的重物在選材方面，質量要大而體積要盡量小，筆者選擇的是鉛彈。

②在分組實驗時，前后兩名同學為一組。這樣實驗的可視性更好。

③煙霧和牛奶不宜加過多，不然會影響實驗效果。

④實驗時，要提醒學生不能將激光筆對準同學的眼睛。

3 拓展應用：生活中的小發明

據英國《每日郵報》報道，一位巴西機修工發明了一種利用太陽光為房屋內照明的辦法：他在屋頂的瓦片上鉆一個孔，把裝滿水的塑料瓶卡進孔里，再用膠水固定牢固防止屋頂漏水（如圖5所示）。裝滿水的塑料瓶依靠對日光的折射，照明功率相當于40到60瓦的燈泡。

在物理課堂上展示實物，并用（如圖6所示）裝置模擬“水瓶燈”的發光效果，讓學生感受水瓶燈的亮度情況。

幾點說明

①箱內燈泡功率要大些，筆者是用浴霸的燈泡。

②先是讓學生觀察沒有插入水瓶燈時的亮暗情況，然后插入水瓶燈后再觀察，形成對比。

4 學以致用

在課堂上先播放一段“一休哥”的動畫片，其中講述了一個花瓶底部藏有寶物，但從瓶口又看不到底部寶物，思考如何不打碎花瓶，看到寶物。

看完動畫片，讓學生觀察桌上的自制“花瓶”（這些“花瓶”是上一屆學長學姐們用礦泉水瓶制作的，并在瓶內的底部留有字條，如圖7），然后讓學生動腦、動手，最終看清瓶底的字條。

最后，布置學生在課后制作一個類似的“花瓶”，并在瓶底給下一屆同學留下驚喜。從而不僅復習了課堂所學，還鍛煉了同學們的動手能力。

其實，在物理中的許多課程都跟《光的折射》一樣，可以有很多利用自制教具的切合點。所以作為物理教師應該作生活的有心人，勤動手，真正的將自制教具工作落到實處。