魔術情景在“光的折射”教學導入中的應用

晏福勇

(重慶市第一中學校,重慶 400030)

教學導入對于整堂課的教學有著重要的作用,所以教師在教學導入環節總是想法進行背景設置或情景鋪墊,為學生思維和情感的激發創造充分的情緒氛圍,其中魔術情景就被廣泛地應用于物理教學中,例如在設計“光的折射”的教學導入環節時,就可以根據光的反射和折射現象創設出魔術情景,這種魔術能產生神奇的光影效果,給學生的視覺和思維帶來很強的沖擊力,能更好地激發學生的學習興趣和積極性,提高課堂的學習效率.

1 “光的折射”導入案例實錄

“光的折射”是初中物理滬科版八年級第4章第3節的教學內容,下面是關于“光的折射”的兩個不同魔術情景教學導入案例的課堂實錄.

(1) 導入案例1:臉譜變臉.

師:同學們,知道或者看過臉譜變臉嗎?

生:知道(或看過).

師:今天老師就是魔術師,我來給你們表演一個神奇的變臉魔術.

(展示并介紹魔術道具,如圖1所示)這是一個空箱子,通過攝像頭對著箱子的透明玻璃處看到箱子里面有一個黑白臉譜,并把攝像頭的圖像投影在屏幕上供大家觀看,接下來就是見證奇跡的時刻.(教師接著操作:用小水桶往箱子里面逐漸加水,并提醒同學們注意觀察黑白臉譜的變化,當水加到浸沒黑白臉譜時就停止加水)

師:你們看到黑白臉譜發生了什么?

生:變成彩色臉譜了.

師:這個神奇的現象是在加了水之后才發生的,說明水起了關鍵作用,(展示箱子里面有兩個臉譜)其實兩個臉譜發生變化是涉及到光的折射現象,所以今天我們就來學習“光的折射”知識,學完之后,你們自然就會明白神奇變臉的秘密(導入新課“光的折射”).

(2) 導入案例2:坐井觀天.

師:坐井觀天的故事相信大家都知道,青蛙在井底視野太狹窄,怎樣才能增大青蛙的視野呢?今天老師就給大家變一個魔術.

(展示并介紹魔術道具,如圖2所示)用攝像頭代表青蛙眼睛,上端開口的不透明空圓筒代表水井,頂板仰視圖中的圖案代表星空.

圖2

[開始表演:打開攝像頭,把頂板上的星空圖案投影到大屏幕上,如圖3(a)所示]

圖3

師:這就是井底之蛙的小視野,沒見著幾顆星星,我現在就開始施展“魔法”,接下來就是見證奇跡的時刻.

(教師表演魔術假動作并悄悄打開隱藏的閥門,水開始流入圓筒中)

師:你們看見了什么?

生:看見星空逐漸變大了[如圖3(b)所示].

師:(在合適的時候悄悄關閉閥門)同學們,老師用“魔法”增大了青蛙的視野,看見了更多美麗的繁星,其實老師哪里有什么魔法,我只是悄悄地打開了閥門,讓水流入了圓筒中而已(展示閥門和圓筒中的水),看來是圓筒中的水幫了大忙,增大了青蛙的視野,這里就涉及到光的折射現象(導入新課“光的折射”).

2 魔術的光學原理

兩個魔術的基本原理都是光的折射,具體情況分析如下.

(1) “臉譜變臉”的原理.

如圖4所示,在這個魔術箱子中等高的A,B兩點事先粘貼好臉譜,A處粘貼黑白臉譜,B處粘貼彩色臉譜,最開始箱子是空的,當眼睛(或攝像頭)沿著圖中觀察方向看去,這兒忽略薄透明玻璃給光線帶來的微小偏折,就可以認為A處的臉譜反射出的光線是沿著AOC方向直線射出的,而B處的彩色臉譜被不透明的箱子側壁遮擋了,眼睛(或攝像頭)看不見,所以此時只能看到里面A處的黑白臉譜.

圖4

當向箱子里面加水把兩個臉譜都浸沒后,光線AO從水中射出空氣時就會沿著OD方向發生全反射,沒有折射光線進入到眼睛(或攝像頭),于是就感覺A處的黑白臉譜消失了;B處的彩色臉譜反射出的光線BO從水中射出空氣時,恰好沿著OC方向折射出去進入到眼睛(或攝像頭),于是就看見了B處的彩色臉譜,綜合起來就感覺黑白臉譜變為了彩色臉譜,達到了變臉的神奇效果.

(2) “坐井觀天”的原理.

如圖5所示,忽略圓筒底部透明玻璃對光的微小折射,當圓筒中沒有水的時候,由于光的直線傳播,攝像頭沿著觀察方向看去就只能看到頂板上AB之間范圍的星空圖案;打開水龍頭向圓筒中逐漸加水,當水在水位1時,光線從空氣斜射入水中會發生折射,折射光線進入攝像頭形成圖像,此時從攝像頭能觀察到頂板上的CD之間范圍的星空圖案;當水上升到水位2時,同樣的原理,攝像頭能觀察到頂板上的EF之間的星空范圍.可以看出,在圓筒中水位逐漸升高的過程中,攝像頭能觀察到頂板上星空的范圍越來越大,于是就出現了圖3(b)中的現象.

圖5

3 魔術道具的制作要點

3.1 制作材料和技巧

兩個魔術都需要加水,所以制作時需要選擇防水材料,“臉譜變臉”的魔術道具可以選用玻璃和玻璃膠來制作箱子,這些材料容易制作而且防水性好,制作好后,可以在箱子外側貼上不透明的自粘紙,粘貼時只需留出圖1中透明玻璃的寬度,兩個臉譜要貼在玻璃箱子外側,避免被水浸泡損壞而無法完成魔術或者不能重復使用;“坐井觀天”魔術道具中的圓筒最好用現成的不透明的塑料筒進行改制,在塑料上打孔切割比較方便,同時要用玻璃膠密封好水管孔及底部透明玻璃的縫隙.

3.2 道具重要參數

(1) 重要厚度.兩個魔術道具中都有透明玻璃部分,這部分的作用是為了方便觀察,而要做到透明玻璃對光路的影響忽略不計,只有找很薄的透明玻璃來制作,當然同時也要考慮到玻璃的堅固性.

(2) 重要角度.如圖4所示,箱子中加水后,為了使A處的黑白臉譜完全消失,最好的方法就是讓光線AO從水中射出空氣時發生全反射,根據光的折射定律可以求出光從水中射向空氣發生全反射時的臨界角∠AON.

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

所以制作箱子時,圖4中的β角度要等于或小于41.2°.

(3) 重要距離.圖4中臉譜的寬度要小于圖中兩根虛線之間的距離,超出了這個距離就有可能看不全臉譜;B點與A點的距離要根據做好的箱子尺寸來確定,可以把箱子裝滿水后,通過一邊觀察一邊調節B點的臉譜,直到從觀察方向看到完整的彩色臉譜,就能最終確定B點臉譜的位置.

圖5中圓筒口的直徑要小于頂板的寬度;給圓筒裝滿水,此時從觀察方向看星空的范圍是最大的,然后通過調節圓筒口與頂板之間的距離來達到最佳觀看星空的效果.

3.3 道具方位

魔術表演時道具的方位很重要,有些現象是要清晰地展示給學生,這就要增加可見度,而有些裝置或操作需要故意隱藏,圖2道具主視圖中虛線框部分就是這樣,打開閥門的操作也要隱蔽,這是為了增加魔術的神奇效果,圖4和圖5中是按標出的特定觀察方向,用攝像頭代替眼睛把圖像投影到大屏幕上,這就很好地解決了可見度的問題.

4 魔術情景的創設建議

4.1 傾情表演

魔術情景教學導入環節的一個重要作用是為了提高學生學習的興趣和積極性,教師雖然不是專業的魔術表演家,但在表演上也要盡可能多加訓練,使表演效果更加逼真、有趣,這樣表演起來對學生更具吸引力,否則,就會失去創設魔術情景的魅力和價值,使教學導入的作用和效果大打折扣.

4.2 針對性強

魔術表演的主體效果一定要和將要學習的課程吻合,因為主體效果對學生的視覺沖擊力最強,產生的導入效果也最好,要避免表演過程中只有一些細枝末節的現象才和將要學習的課程知識沾一點邊,然后就非常牽強地、生硬地導入了新課.

4.3 避繁就簡

教學導入環節的時間很短,創設的魔術情景不能太繁雜,讓學生看起來眼花繚亂,思路不清晰,抓不住主要現象,只是看了一場熱鬧而已,因此魔術情景的創設要簡單化,易操作化.

4.4 揭秘時機

在魔術表演完成后,學生期待的就是揭秘.一般情況下可以先揭開裝置和操作上的神秘面紗,這樣就會順勢引導學生去思考一些關鍵裝置或操作帶來神奇現象的原因,使新課的導入顯得更加順暢和自然,在學完新課程之后再對魔術現象進行知識性的揭秘,這樣就通過魔術情景的導入激發了學生學習新知識的興趣和動力.

新課程理念使教師在教學設計上有了更大的發揮空間,教師要結合所教知識和學生的特點創設出生動、有趣、合理的各種教學導入情境,這對于激發學生的主動性和提高課堂的有效性都非常重要.