張麗君

摘 要：中學(xué)物理主要是經(jīng)典物理學(xué)中最基本、最簡(jiǎn)單、與實(shí)際聯(lián)系最密切的部分，其主要概念、公式基本上都是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。本文以光學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，說明怎樣運(yùn)用實(shí)驗(yàn)促進(jìn)物理概念的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)；物理概念；光學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）9-0056-3

1 問題的提出

在中學(xué)物理的教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生學(xué)習(xí)很努力，認(rèn)真聽課，好像都聽懂了，但是獨(dú)立思考做作業(yè)的時(shí)候經(jīng)常出錯(cuò)。很大一部分原因和學(xué)生對(duì)物理概念的不理解有關(guān)。只重視三維目標(biāo)的知識(shí)與技能，忽略了過程與方法。忽視概念間的區(qū)別與聯(lián)系，有時(shí)候會(huì)將概念混淆，分辨不清。因此，新概念不能進(jìn)入學(xué)生的頭腦形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，很難保持長(zhǎng)時(shí)間的記憶。遇到問題時(shí)往往用頭腦中已有的前概念進(jìn)行問題解決，概念教學(xué)的效率不高。

2 根據(jù)物理概念的特點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建立概念的具體事例研究

在中學(xué)物理教學(xué)中，涉及了許多的物理概念和規(guī)律，大部分都比較抽象，很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。究其原因，主要是學(xué)生正處于經(jīng)驗(yàn)型的感性認(rèn)識(shí)階段，必須要通過具體、形象、生動(dòng)的物理現(xiàn)象，從而進(jìn)行分析、類比、綜合、歸納等一系列的思維過程，才能擺脫那些片面性、表面性的判斷，真正了解概念和規(guī)律。因此，物理概念教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容，也是一個(gè)難點(diǎn)。那么，要突破這個(gè)難點(diǎn)可以利用實(shí)驗(yàn)來(lái)幫忙，可以達(dá)到幫助學(xué)生對(duì)物理概念的理解。

2.1 光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播

光在空氣中的演示實(shí)驗(yàn)，用噴壺嘴對(duì)準(zhǔn)激光傳播的方向，快速地噴出水，可以在空氣中看到激光筆發(fā)出的光路。光在液體中的演示實(shí)驗(yàn)，在水中加水粉顏料，顯示的光路很清晰。光在固體中的演示實(shí)驗(yàn)，比較好玩的容易吸引學(xué)生眼球的是用大的果凍，效果比較好。

光在不均勻介質(zhì)中，不沿直線傳播。用普通水槽。在水槽下方用一塊塑料板，把它弄成拱形，在上面撒鹽，然后慢慢地注入水，這樣在塑料板下方的水密度大，上方的密度小，用激光入射水槽時(shí)，可以明顯地看到光在水中不是沿直線傳播。

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，讓學(xué)生理解什么是同種均勻介質(zhì)。對(duì)光沿直線傳播的條件進(jìn)行了說明。

2.2 光的折射

如圖1所示，可以讓學(xué)生清楚地看到同時(shí)發(fā)生折射和發(fā)射，這是一種定性地研究折射角和入射角的關(guān)系，而且做起來(lái)比較簡(jiǎn)單。

用一個(gè)水槽放入一半水（水中加了水粉），在水上面放一個(gè)易拉罐底，再在易拉罐的上面點(diǎn)蚊香，然后用玻璃蓋上，這樣就讓水槽的下面是水，上面是有蚊香煙霧的空氣。在水面上一個(gè)易拉罐底，然后點(diǎn)一點(diǎn)蚊香，在水槽上面蓋一塊透明玻璃板，這樣在水槽里的空氣就是有煙霧了，可以顯示光路。用激光筆入射水槽時(shí)，可以很明顯地看到水槽的水面既有入射而且又有反射，同時(shí)光在水中有折射，學(xué)生看到光的反射和折射同時(shí)發(fā)生。這個(gè)裝置操作簡(jiǎn)單，方便到教室上課。

如果想做學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)得到定量的光的折射角和入射角的關(guān)系，可以用圖2所示的方法。

先把有角度的圓盤打印成學(xué)案，發(fā)給每個(gè)學(xué)生。讓學(xué)生分組在學(xué)案上進(jìn)行操作，多做幾次，每次用不同顏色的筆記錄，并在每次的入射光線和折射光線標(biāo)注對(duì)應(yīng)的數(shù)字。讓光線從空氣斜射入到玻璃中，選擇半圓形的玻璃磚比較方便，學(xué)生可以測(cè)出具體的入射角和折射角的數(shù)據(jù)。更加容易讓學(xué)生總結(jié)出光的折射現(xiàn)象的入射角和折射角之間的規(guī)律。

學(xué)生通過動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，描繪出折射光路圖，從而使學(xué)生從不同角度認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象。強(qiáng)調(diào)垂直入射時(shí)，入射角為0°，折射角也為0°，這種情況也是折射現(xiàn)象。因?yàn)楣獾恼凵涫菑囊环N介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)。

2.3 經(jīng)過凸透鏡的三條特殊光線

學(xué)生對(duì)這三條特殊光線很難記住，我們可以通過讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)加深印象。

讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，每組一個(gè)凸透鏡、凹透鏡、三支激光筆。在學(xué)案上先畫好透鏡的大小，找到凸透鏡的光心O；再畫出入射光線，然后讓學(xué)生通過三束平行主光軸的光線經(jīng)過凸透鏡，將折射光線在紙上畫出來(lái)。在畫的時(shí)候，可以先在折射光線上畫兩個(gè)點(diǎn)，這樣把凸透鏡拿走后，再描出光線更方便，可以節(jié)約畫光路的時(shí)間，兩點(diǎn)就確定了一條光路。通過畫圖，找到焦點(diǎn)，理解凸透鏡對(duì)光線起會(huì)聚作用（如圖3所示）；給出焦距的概念是光心到焦點(diǎn)的距離，讓學(xué)生在自己的學(xué)案圖上標(biāo)出來(lái)哪一段是焦距，幫助學(xué)生理解焦距的概念。

為了讓學(xué)生理解是平行于主光軸的光線通過凸透鏡后會(huì)聚到焦點(diǎn)，而不是簡(jiǎn)單地描述為平行光通過凸透鏡后會(huì)聚到焦點(diǎn)，可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，學(xué)生就能清楚地知道平行于主光軸和平行光通過凸透鏡的區(qū)別。

還有部分學(xué)生會(huì)覺得激光筆與凸透鏡之間的距離的大小會(huì)影響焦距的大小，那么可以讓激光筆兩次距離凸透鏡的距離不同，是否會(huì)影響到焦距的不同，得出焦距和激光筆距離凸透鏡的距離沒有關(guān)系。然后，再讓學(xué)生由焦點(diǎn)處發(fā)出入射光線，體驗(yàn)光路是可逆的，明確從焦點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過凸透鏡折射后將平行于主光軸，根據(jù)光路總結(jié)出從焦點(diǎn)發(fā)射出的光線，經(jīng)過凸透鏡折射后能夠平行射出。

這一規(guī)律可以應(yīng)用到舞臺(tái)上的追光燈設(shè)計(jì)中，巧妙產(chǎn)生平行光的光束，體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念。學(xué)生在活動(dòng)中的體驗(yàn)，有利于提高學(xué)生用實(shí)驗(yàn)研究問題的能力和用實(shí)驗(yàn)解決問題的能力。學(xué)生動(dòng)手操作的過程讓學(xué)生對(duì)于焦點(diǎn)、焦距的概念可以理解得更清楚。將抽象的概念形象化，加深對(duì)抽象概念的理解。

2.4 找凸透鏡的焦距

方法一：可以在光具座上，用手機(jī)的手電筒做平行光源，在光屏上呈現(xiàn)一個(gè)很小、很亮的點(diǎn)。然后，可以在光具座上直接測(cè)量焦距，讓學(xué)生明白焦距是哪一段距離，讓學(xué)生加深對(duì)抽象概念的理解。如果在講兩個(gè)不同凸透鏡的焦距時(shí)，可以用投影儀的光，在屏幕上用兩個(gè)不同焦距的凸透鏡在屏幕上演示，很直觀地看到當(dāng)在屏幕上出現(xiàn)很小很亮的光斑時(shí)，凸透鏡離屏幕的距離是不同的，說明這兩個(gè)凸透鏡的焦距是不一樣的，這樣就不用分兩次測(cè)量出具體的焦距。或者用兩個(gè)焦距不同的凸透鏡在紙上作光路圖，直觀地看到凸透鏡的焦距越小，透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用越強(qiáng)。如果進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，可以讓學(xué)生清楚地看到凸透鏡對(duì)光偏折強(qiáng)弱（如圖4）。

當(dāng)講近視眼和遠(yuǎn)視眼的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，還可以將學(xué)生的近視眼鏡放在投影儀的燈光下演示，發(fā)現(xiàn)在鏡片的周圍有一圈很亮的光圈，說明近視眼鏡是凹透鏡，凹透鏡對(duì)光線起發(fā)散作用。將老花鏡放在投影儀的光下可以看到在屏幕上的鏡片的中間有一個(gè)很小很亮的光斑，說明老花鏡的鏡片是凸透鏡，凸透鏡對(duì)光線有會(huì)聚作用。這樣利用投影儀的光源做實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)單方便，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的要求降低。

在物理教育教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生理解物理概念的主要途徑。通過學(xué)習(xí)物理，學(xué)生感受生活、探索自然，感悟物理的奧妙，提高對(duì)科學(xué)的關(guān)注和興趣，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力，真正實(shí)現(xiàn)新課程理念的“三維”教育目標(biāo)。

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（欄目編輯 王柏廬）endprint