江耀基

(江西省安福中學,江西 吉安 343200)

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基于巧用小實驗突破初中物理教學重難點的教學實踐
——以“光的直線傳播”為例

江耀基

(江西省安福中學,江西 吉安 343200)

小實驗在初中物理教學中所起的作用越來越凸顯,越來越備受師生的關(guān)注．本文以“光的直線傳播”為例,闡述如何巧用小實驗突破初中物理教學中的重難點．

小實驗; 光的直線傳播; 物理教學

小實驗是指利用生活中廢棄或低廉的物品,制作成簡單、方便、可見度高的微實驗教具,小實驗教具具有取材方便,成本低廉的特點．教師若能巧妙地利用小實驗教具組織物理課堂教學活動,不僅有利于激發(fā)學生的求知欲,培養(yǎng)師生的動手能力和創(chuàng)造力,還有利于課程重難點的突破,可見小實驗在物理教學中能起到舉足輕重的的作用．本文以“光的直線傳播”為例,闡述小實驗在突破初中物理教學中重難點的作用．

1 教學重難點的確定

課程標準對“光的直線傳播”的要求:通過實驗,知道光在同種介質(zhì)中的傳播特點． “光的直線傳播”這一內(nèi)容包含光源、光的直線傳播、光速三個知識點．其中光源和光速的知識淺顯易懂,可以通過“課前自主學習”和“課堂練習”的方式達成目標．[1]而光在介質(zhì)中沿直線傳播是有條件的,所以光的直線傳播是本節(jié)內(nèi)容的重點,光的直線傳播在生活中的應(yīng)用是本節(jié)內(nèi)容的難點．這就要求教師在教學中設(shè)計相關(guān)的學生實驗探究活動、教師的演示實驗活動有效地突出這個重點和突破這個難點．但由于實驗室中沒有相關(guān)的實驗器材,我們不妨利用生活中的物品創(chuàng)設(shè)相關(guān)的小實驗,幫學生有效地突破這種重點和難點．

2 實驗教學流程設(shè)計

基于上述分析,結(jié)合學生的認知特點,可設(shè)計如圖1所示小實驗流程來突破本節(jié)教學的重難點．

對照上述教學流程,我們可選用生活中或?qū)W生身邊最熟悉的激光筆、火柴(或打火機)、蚊香、奶茶吸管、礦泉水瓶、果凍、一杯茶水、蠟燭、易拉罐、半透明塑料膜、帶孔的圓形硬紙板(圓形、方形、三角形的孔)等物品設(shè)計相關(guān)的小實驗,然后組織學生進行實驗探究,有效地開展教學活動．

圖1

3 小實驗在突破教學重難點中的應(yīng)用

3.1 認識光的直線傳播

實驗1.光在吸管中傳播(演示實驗)

師： 生活中如“何黑夜中的探照燈射出的光束、清晨穿越森林的太陽光”在空氣中是如何傳播的?

生： 沿直線傳播．

師： 這是你的猜想,對嗎?我這里有一只激光筆和一根奶茶吸管,你能想個辦法驗證自己的猜想嗎?

(學生討論……)

師： 下面我們進行3個小實驗:

(1) 打開激光筆,讓它發(fā)出的光射到墻壁上,大家注意觀察墻壁上是否有一個紅色的光斑?(2) 接著我讓激光筆發(fā)出的光穿過奶茶吸管(不透光),大家繼續(xù)觀察墻壁上是否還有紅色光斑?(3) 現(xiàn)在我把吸管折彎,仍讓激光筆發(fā)出的光穿過吸管,大家繼續(xù)觀察剛才的墻壁上是否還有光斑?這個小實驗說明什么?

生： 前面兩次均可在墻壁上看到紅色光斑,后面一次不能看到光斑,說明了光沿直線傳播．

點評： “光的直線傳播”是學生學習光學的基礎(chǔ),也是研究光的反射、光的折射的必備知識．學生在小學科學課本中和日常生活中已經(jīng)知道光沿直線傳播的結(jié)論,但也處于“知其然,而不知其所以然”的層面,他們的認識是淺顯的．這就要求教師在教學中要設(shè)計實驗來引導學生認識光的直線傳播現(xiàn)象．課堂中教師采用生活中常見的激光筆和吸管兩個物品巧設(shè)3個“微創(chuàng)”實驗組織教學．學生通過實驗1和實驗2均能在墻壁上觀察到一個紅色的光斑,但通過實驗3就不能在墻壁上觀察到紅色光斑了．3個實驗層層推進,環(huán)環(huán)相扣,通過后兩個實驗“直”、“彎”對比,引導學生認識光在空氣中沿直線傳播的特點,顯然這種“微創(chuàng)”實驗設(shè)計符合學生的認知水平．

選擇“吸管”時一定注意不能太細,細了光透不過;同時也不要選擇帶“螺紋”狀的吸管,因為它除了會阻礙激光的傳播外,還會對光造成散射,影響實驗觀察效果,所以吸管最好選擇奶茶吸管．

實驗2.光在空氣、透明固體、液體中傳播(分組實驗)

師： “激光穿吸管”實驗說明了光在空氣中是沿直線傳播的,但你們看到了光在空氣中沿直線傳播的清晰路徑嗎?

生： 沒有．

師： 下面請同學們利用激光筆、蚊香、火柴、礦泉水瓶設(shè)計一個“光在空氣中沿直線傳播”的小實驗:用火柴點燃一段蚊香插入礦泉水瓶(不要燒壞水瓶)1～2min,然后擰緊瓶蓋,打開激光筆,讓光從瓶底水平穿過礦泉水瓶,注意觀察光在空氣中的傳播路徑(如圖2甲)．

生：真看到一條紅色的光……．

師： 光在透明固體和液體中也是沿直線傳播嗎?下面請同學們再利用激光筆、果凍、茶水設(shè)計兩個小實驗: (1) 打開激光筆,讓光水平穿過果凍,注意觀察光在果凍中的傳播路徑(圖2乙); (2) 打開激光筆,讓光水平穿過茶水,觀察光在茶水或水中的傳播路徑(圖2丙)．

圖2

生： 也是沿直線傳播.

點評： “光在吸管中傳播”只能讓學生淺顯地認識到光在空氣中沿直線傳播的特點,但還是不能清晰的看到光在空氣中沿直線傳播的路徑．為引導學生能清晰地看到光在空氣中沿直線傳播路徑,于是利用學生身邊的激光筆、火柴、蚊香、礦泉水瓶設(shè)計了“光在礦泉水瓶中傳播”的實驗．而利用激光筆、果凍、茶水設(shè)計的“光在果凍中傳播”和“光在茶水中傳播”兩個小實驗,是對“光沿直線特點”結(jié)論普遍性的補充．實驗中給瓶中充入少量的煙霧,選擇果凍和茶水能清晰地顯示光路,使實驗現(xiàn)象更更直觀,增強視覺效果．選擇分組實驗的目的是讓學生親身參與、體驗、感知物理知識的重現(xiàn)過程,這樣學生就能在探究實驗的過程中潛移默化將物理知識內(nèi)化心中．

為了保證學生實驗現(xiàn)象清晰、明顯,需要注意以下幾點:礦泉水瓶中“煙霧”不能太濃,否則反而看不清;選擇的果凍中肉色要單一、透明,不能含其他水果片,最好不要帶顏色;茶水可用綠茶或紅茶,但不要太濃,用水代替茶水也行,但必須在水中加滴幾滴牛奶,也可用洗手液代替．

3.2 光沿直線傳播的條件

實驗3.光在不均勻的空氣和糖水中傳播(演示實驗)

師： 在剛才的3個實驗中,我們可清晰的觀察到光在氣體、透明固體和液體中沿直線傳播的現(xiàn)象,但光在任何情況下都沿直線傳播嗎?

生： 不是．

圖3

師： 下面我們進行兩個實驗活動: (1) 打開激光筆,使光射到天花板上,觀察天花板的紅色光斑;然后在激光筆前下方放三根點燃的蠟燭(或酒精燈),繼續(xù)觀察天花板上紅色光斑是否發(fā)聲晃動(圖3); (2) 用一個方形透明的塑料盒,里面裝有飽和糖水,盒底還能觀察到一層白砂糖,然后用激光筆水平穿過糖水,慢慢將激光筆往下移動,注意觀察光在糖水中光路變化情況(圖4甲),隨后用鉛筆攪拌糖水后,再次觀察光在糖水中的光路(圖4乙)．

圖4

生： 天花板上的光斑在晃動;光在糖水中向下彎曲,攪拌后光在糖水中又沿直線傳播．

師： 這兩個實驗說明光沿直線傳播必須滿足什么條件?

生： 均勻介質(zhì)．

點評： 光在介質(zhì)中沿直線傳播是要滿足一定條件的,即“同種均勻介質(zhì)”．活動3中空氣由均勻到不均勻、蔗糖水從不均勻到均勻,前后兩次實驗對比讓學生形成了清晰的認識:光必須在均勻的介質(zhì)中才能沿直線傳播．光沿直線傳播條件是學生學習的一個難點,由于初中學生的抽象思維還沒上升一定程度,若光靠教師講授學生是難以理解,效果永遠比不上實驗在學生腦海中留下的烙印．為了突破這個教學難點,實驗中選擇生活中常見的蠟燭和蔗糖水進行實驗,因為教師利用身邊的物品進行“微創(chuàng)”實驗,不僅相當于給學生鋪臺階,提高思維的高度,還會讓學生感到親切,學生能敏銳地洞悉其中發(fā)生的物理過程,使學生對知識的理解更加透徹．[2]

實驗(1)中的蠟燭也可以用酒精燈代替,火焰不能離激光太高,否則實驗效果不理想;白糖水溶液一定要飽和,配制后要讓飽和溶液靜置一晚．實驗中也還可以用食鹽水代替白糖水．

3.3 光的直線傳播在生活中的應(yīng)用

實驗4.小孔成像(分組實驗)

師： 在我們桌子上有一針孔架照相機(如圖5甲),下面請同學們用它給燭焰拍個照．具體操作為:

① 用火柴點燃蠟燭,將小孔對著燭焰,觀察薄膜上像的形狀、正倒情況．

② 改變小孔到燭焰的距離,繼續(xù)觀察薄膜上的像的大小有何變化?

③ 改變小孔的形狀(由圓形→方形→三角形),保持小孔到燭焰的距離不變,繼續(xù)觀察薄膜上像的形狀是否發(fā)生改變(圖5乙)?

圖5

生： 在光屏可看見一個倒立的燭焰;當增大小孔到燭焰的距離時,觀察到的像變小,當減小小孔到燭焰的距離時,觀察到的像變大;當改變小孔的形狀時,薄膜上的像的形狀不變,均為倒立的燭焰．

點評.小孔成像既是光沿直線傳播在生活中的應(yīng)用中一個典例,也是學生學習的一個難點,學生對小孔成像的原理、像的正倒、像的大小變化規(guī)律、像的形狀與小孔的關(guān)系很難弄懂．為了突破這個難點,教師選用學生熟悉的易拉罐、半透明膜、帶各種形狀的孔圓形塑料片制作成小孔成像實驗,可謂小創(chuàng)意解決了大問題．讓學生親手操作、體驗,感知實驗過程,不僅能讓學生感受到物理的親近實在,克服了他們學習物理的畏懼心理,還能降低學生理解疑難物理知識的思維臺階,[3]讓知識慢慢內(nèi)化在腦中,切實提高了課堂效率．

制作小孔成像的實驗器材很多,如百事可樂杯、羽毛球筒、易拉罐,筒長為20～30cm左右,膜片可選用塑料袋和學生練字半透明紙,多形孔圓片可用塑料片制作(用透明膠粘好),可實現(xiàn)循環(huán)使用．實驗時要求保證環(huán)境較暗,小孔的直徑最好1.5～2mm左右,小孔直徑太小成像太暗、可見度不高,小孔太大,膜上不能在成像．課后教師還可以布置學生在這個實驗裝置的基礎(chǔ)上,再做一個觀察筒,扎上半透明的塑料膜套在易拉罐中,然后前后拉伸觀察蠟燭的像,看看實驗效果有什么改善;或者增大小孔的直徑后,再用此裝置觀察蠟燭,實驗現(xiàn)象又會怎么改變,實現(xiàn)小實驗再探究．

4 結(jié)束語

生活中許多廢棄物品就是很好的“教學資源”,關(guān)鍵是教師有沒有一雙善于發(fā)現(xiàn)“教學資源”的慧眼,能巧妙地利用身邊的物品,開發(fā)出各種低成本的趣味實驗,并把它們?nèi)谌虢虒W中去,對物理過程進行重現(xiàn),不僅能使學生對物理知識理解更加透徹,還能有效地突破教學的重難點．

1 羅鎮(zhèn)姬，邵志偉.初中物理新授課的高效課堂教學改革體驗[J].江西教育(B),2016(8)：66.

2 張育霞，程芳卉.身邊物品在中學物理實驗中的巧用[J].教學儀器與實驗,2015(5)：32.

3 江耀基.從幾個教學案例談如何提高物理實驗教學的質(zhì)量[J].物理教學,2017(1):26-27.

2017-01-21)