文亞龍 馬昭

摘? 要：探究光的反射定律是初中學(xué)生最早接觸到的探究性實(shí)驗(yàn)之一。教材中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在一些不足，使學(xué)生學(xué)習(xí)中缺少知識(shí)生成的過(guò)程。通過(guò)自制的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)反射演示儀讓學(xué)生能從多角度立體觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完善知識(shí)構(gòu)建過(guò)程，為形成物理觀念奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光的反射;旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)反射演示儀;立體實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）5-0047-3

實(shí)驗(yàn)探究能夠幫助學(xué)生在基于實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上建構(gòu)物理概念，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，理解物理知識(shí)，是物理教學(xué)的重要組成部分，也是發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段。但是，教材中部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)器材還存在一些不合理之處，沒(méi)有考慮到學(xué)生作為初學(xué)者容易遇到的思維障礙。為了完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生不得不去死記硬背最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。因此，在教學(xué)過(guò)程中需要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)來(lái)激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知需求，重塑知識(shí)生成的過(guò)程。筆者所在學(xué)校備課組對(duì)人教版教材中“探究光的反射定律”實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了優(yōu)化與創(chuàng)新，并在平常的教學(xué)活動(dòng)和優(yōu)質(zhì)課比賽中進(jìn)行了實(shí)踐，效果不錯(cuò)。

1? ? 教材實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有器材簡(jiǎn)單、步驟簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)。但在教學(xué)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)該設(shè)計(jì)仍存在以下不足：

（1）教材中利用紙板顯示光路，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中需要光線緊貼著紙板才能在紙板上同時(shí)觀察到入射光線和反射光線。這一操作不易控制和調(diào)節(jié)，使得紙板上顯示的光線時(shí)有時(shí)無(wú)，現(xiàn)象不夠明顯。

（2）為了多次測(cè)量，需要換用不同顏色的筆記錄每束光的徑跡，再取下紙板，用量角器測(cè)量角度，記錄數(shù)據(jù)。操作繁瑣，不夠方便。

（3）在探究三線共面時(shí)，向后折紙板，在后折的紙板上沒(méi)有呈現(xiàn)反射光線，從而證明入射光線和反射光線不在這兩個(gè)平面上，進(jìn)而間接證明入射光線和反射光線在同一個(gè)平面內(nèi)。但將紙板后折之后，由于無(wú)法直觀觀察到反射光線，從而學(xué)生容易產(chǎn)生迷惑——反射光線到底去哪里了？消失了嗎？初中生正處于具體形象思維向抽象思維發(fā)展的初始階段，需提供感性材料，才能與直接經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系。若用間接證明法，學(xué)生思維難度過(guò)大，容易給學(xué)生制造思維障礙。

（4）教材的實(shí)驗(yàn)探究，我們觀察到的光線只是呈現(xiàn)在紙板這一直觀的平面上，學(xué)生無(wú)法多角度、全方位地觀察整個(gè)空間中的光線情況。因?yàn)檎n堂上學(xué)生座位固定，只能觀察到單一平面的光線，會(huì)使大多位置的學(xué)生觀察效果不好，從而使他們?nèi)狈?duì)立體光路的感知。

2? ? 利用自制器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1? ? 實(shí)驗(yàn)器材

自制帶支架的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)、激光筆（四支）、平面鏡、量角器、加濕器。

2.2? ? 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將自制帶支架的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)放在水平桌面上;將小平面鏡放在圓盤(pán)正中央，將一只激光筆夾在平面鏡正上方的夾子上;將其余三只激光筆依次夾在旁邊的支架上;將量角器豎直固定在激光筆后方，并與激光筆所在平面平行（圖1）。

（2）接通加濕器的電源，待水霧連續(xù)噴出形成“煙霧繚繞”的環(huán)境時(shí)，打開(kāi)一號(hào)激光筆，這時(shí)通過(guò)水霧呈現(xiàn)真實(shí)的入射光線和反射光線（圖2）。

（3）通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，使不同方位的學(xué)生即使在自己固定的座位上也能發(fā)現(xiàn)反射光線和入射光線總是呈現(xiàn)“你前我后，你左我右”的狀態(tài)。此時(shí)，打開(kāi)正上方的激光筆，發(fā)出的紅光通過(guò)水霧豎直射到平面鏡上，調(diào)整其紅色光和一號(hào)激光筆的紅色光在鏡面的交點(diǎn)重合，這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生觀察入射光線和反射光線分居在豎線兩側(cè)（圖3），提出法線的概念，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“兩線分居”的規(guī)律。

（4）不停地旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，使學(xué)生坐在固定的座位上可以從多個(gè)角度進(jìn)行觀察，當(dāng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)到某一角度，剛好從光線側(cè)面觀察時(shí)，可以看到三條線重合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“三線共面”的規(guī)律（圖4）。

（5）依次打開(kāi)1號(hào)、2號(hào)激光筆，重復(fù)第3、4步驟，尋求普遍規(guī)律。

（6）觀察三組入射光線和反射光線，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)反射光線和入射光線可能是關(guān)于法線成軸對(duì)稱，提出入射角和反射角的概念。通過(guò)量角器連續(xù)讀出三組入射角和反射角的大小并記錄，最終由學(xué)生得到“兩角相等”的結(jié)論（圖5）。

2.3? ? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和功能

（1）利用自制的教具以及加濕器，將光路具體化且立體化，直接呈現(xiàn)光路，相比于用紙板呈現(xiàn)光路更加明顯和穩(wěn)定。

（2）同時(shí)使用三只激光筆發(fā)射入射光線，經(jīng)反射后可以在水霧中清晰地觀察到三條反射光線，并可通過(guò)后方固定的量角器直接比較兩角的大小，從而使實(shí)驗(yàn)更具連續(xù)性和普遍性。

（3）利用自制的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，學(xué)生即使坐在固定的座位上也能從多個(gè)角度進(jìn)行觀察，當(dāng)從光線側(cè)面觀察時(shí)，教室里所有的學(xué)生都可以看到三條線重合，即可發(fā)現(xiàn)三線共面的規(guī)律。從間接證明過(guò)渡到直觀的現(xiàn)象觀察，也更加符合初中學(xué)生的認(rèn)知特征，才能解開(kāi)學(xué)生思維上的困惑，幫助學(xué)生更加直觀、深刻地理解入射光線、反射光線、法線為什么在同一平面上，課堂教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。

（4）該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)將教材中紙板上的二維光路呈現(xiàn)在三維立體空間中，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀、形象，使探究更具科學(xué)性。

3? ? 小? 結(jié)

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的靈感來(lái)源于2017年江蘇泰州的中考試題（圖6），我們對(duì)于考題的利用往往局限于解題訓(xùn)練，而其中顯性或隱性蘊(yùn)藏的實(shí)驗(yàn)教學(xué)契機(jī)卻往往被我們忽略了。將中考實(shí)驗(yàn)試題轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，是開(kāi)發(fā)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的重要策略。

在自制（改進(jìn)）實(shí)驗(yàn)教具時(shí)，需要圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)涵和外延的要素開(kāi)展，需要把握住使操作更方便、現(xiàn)象更清楚、結(jié)果更準(zhǔn)確的自制（改進(jìn)）教具的宗旨，并把實(shí)際情況與科學(xué)知識(shí)密切結(jié)合，從而在基于實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]文亞龍.對(duì)阿基米德原理實(shí)驗(yàn)幾種改進(jìn)的實(shí)踐[J].湖南中學(xué)物理， 2020（06）：55-56+85.

[2]文亞龍，王安民.將中考試題轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的實(shí)踐[J].中學(xué)物理教學(xué)參考， 2017，48（08）：7-10.

[3]曹鍵糧，彭朝陽(yáng)，朱興磊.利用自制加濕噴霧器改進(jìn)“光的反射”相關(guān)實(shí)驗(yàn)[J].物理通報(bào)，2019（04）：69-72.

（欄目編輯? ? 王柏廬）