基于巧用小實(shí)驗(yàn)突破初中物理教學(xué)重難點(diǎn)的教學(xué)實(shí)踐
——以“光的直線傳播”為例

江耀基

(江西省安福中學(xué),江西 吉安 343200)

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基于巧用小實(shí)驗(yàn)突破初中物理教學(xué)重難點(diǎn)的教學(xué)實(shí)踐
——以“光的直線傳播”為例

江耀基

(江西省安福中學(xué),江西 吉安 343200)

小實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中所起的作用越來(lái)越凸顯,越來(lái)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(shí)驗(yàn)突破初中物理教學(xué)中的重難點(diǎn)．

小實(shí)驗(yàn); 光的直線傳播; 物理教學(xué)

小實(shí)驗(yàn)是指利用生活中廢棄或低廉的物品,制作成簡(jiǎn)單、方便、可見(jiàn)度高的微實(shí)驗(yàn)教具,小實(shí)驗(yàn)教具具有取材方便,成本低廉的特點(diǎn)．教師若能巧妙地利用小實(shí)驗(yàn)教具組織物理課堂教學(xué)活動(dòng),不僅有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲,培養(yǎng)師生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造力,還有利于課程重難點(diǎn)的突破,可見(jiàn)小實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)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(shí)驗(yàn)在突破初中物理教學(xué)中重難點(diǎn)的作用．

1 教學(xué)重難點(diǎn)的確定

課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“光的直線傳播”的要求:通過(guò)實(shí)驗(yàn),知道光在同種介質(zhì)中的傳播特點(diǎn)． “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(gè)知識(shí)點(diǎn)．其中光源和光速的知識(shí)淺顯易懂,可以通過(guò)“課前自主學(xué)習(xí)”和“課堂練習(xí)”的方式達(dá)成目標(biāo)．[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(diǎn),光的直線傳播在生活中的應(yīng)用是本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)．這就要求教師在教學(xué)中設(shè)計(jì)相關(guān)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)、教師的演示實(shí)驗(yàn)活動(dòng)有效地突出這個(gè)重點(diǎn)和突破這個(gè)難點(diǎn)．但由于實(shí)驗(yàn)室中沒(méi)有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材,我們不妨利用生活中的物品創(chuàng)設(shè)相關(guān)的小實(shí)驗(yàn),幫學(xué)生有效地突破這種重點(diǎn)和難點(diǎn)．

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程設(shè)計(jì)

基于上述分析,結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),可設(shè)計(jì)如圖1所示小實(shí)驗(yàn)流程來(lái)突破本節(jié)教學(xué)的重難點(diǎn)．

對(duì)照上述教學(xué)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(jī))、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(jì)相關(guān)的小實(shí)驗(yàn),然后組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,有效地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)．

圖1

3 小實(shí)驗(yàn)在突破教學(xué)重難點(diǎn)中的應(yīng)用

3.1 認(rèn)識(shí)光的直線傳播

實(shí)驗(yàn)1.光在吸管中傳播(演示實(shí)驗(yàn))

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(yáng)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(duì)嗎?我這里有一只激光筆和一根奶茶吸管,你能想個(gè)辦法驗(yàn)證自己的猜想嗎?

(學(xué)生討論……)

師： 下面我們進(jìn)行3個(gè)小實(shí)驗(yàn):

(1) 打開(kāi)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(gè)紅色的光斑?(2) 接著我讓激光筆發(fā)出的光穿過(guò)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(guò)吸管,大家繼續(xù)觀察剛才的墻壁上是否還有光斑?這個(gè)小實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(shuō)明了光沿直線傳播．

點(diǎn)評(píng)： “光的直線傳播”是學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)的基礎(chǔ),也是研究光的反射、光的折射的必備知識(shí)．學(xué)生在小學(xué)科學(xué)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(rèn)識(shí)是淺顯的．這就要求教師在教學(xué)中要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)光的直線傳播現(xiàn)象．課堂中教師采用生活中常見(jiàn)的激光筆和吸管兩個(gè)物品巧設(shè)3個(gè)“微創(chuàng)”實(shí)驗(yàn)組織教學(xué)．學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2均能在墻壁上觀察到一個(gè)紅色的光斑,但通過(guò)實(shí)驗(yàn)3就不能在墻壁上觀察到紅色光斑了．3個(gè)實(shí)驗(yàn)層層推進(jìn),環(huán)環(huán)相扣,通過(guò)后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)“直”、“彎”對(duì)比,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)光在空氣中沿直線傳播的特點(diǎn),顯然這種“微創(chuàng)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知水平．

選擇“吸管”時(shí)一定注意不能太細(xì),細(xì)了光透不過(guò);同時(shí)也不要選擇帶“螺紋”狀的吸管,因?yàn)樗藭?huì)阻礙激光的傳播外,還會(huì)對(duì)光造成散射,影響實(shí)驗(yàn)觀察效果,所以吸管最好選擇奶茶吸管．

實(shí)驗(yàn)2.光在空氣、透明固體、液體中傳播(分組實(shí)驗(yàn))

師： “激光穿吸管”實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(méi)有．

師： 下面請(qǐng)同學(xué)們利用激光筆、蚊香、火柴、礦泉水瓶設(shè)計(jì)一個(gè)“光在空氣中沿直線傳播”的小實(shí)驗(yàn):用火柴點(diǎn)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(kāi)激光筆,讓光從瓶底水平穿過(guò)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(qǐng)同學(xué)們?cè)倮眉す夤P、果凍、茶水設(shè)計(jì)兩個(gè)小實(shí)驗(yàn): (1) 打開(kāi)激光筆,讓光水平穿過(guò)果凍,注意觀察光在果凍中的傳播路徑(圖2乙); (2) 打開(kāi)激光筆,讓光水平穿過(guò)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(diǎn)評(píng)： “光在吸管中傳播”只能讓學(xué)生淺顯地認(rèn)識(shí)到光在空氣中沿直線傳播的特點(diǎn),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(dǎo)學(xué)生能清晰地看到光在空氣中沿直線傳播路徑,于是利用學(xué)生身邊的激光筆、火柴、蚊香、礦泉水瓶設(shè)計(jì)了“光在礦泉水瓶中傳播”的實(shí)驗(yàn)．而利用激光筆、果凍、茶水設(shè)計(jì)的“光在果凍中傳播”和“光在茶水中傳播”兩個(gè)小實(shí)驗(yàn),是對(duì)“光沿直線特點(diǎn)”結(jié)論普遍性的補(bǔ)充．實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更更直觀,增強(qiáng)視覺(jué)效果．選擇分組實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生親身參與、體驗(yàn)、感知物理知識(shí)的重現(xiàn)過(guò)程,這樣學(xué)生就能在探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中潛移默化將物理知識(shí)內(nèi)化心中．

為了保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰、明顯,需要注意以下幾點(diǎn):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(shí)驗(yàn)3.光在不均勻的空氣和糖水中傳播(演示實(shí)驗(yàn))

師： 在剛才的3個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行兩個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng): (1) 打開(kāi)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(diǎn)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(dòng)(圖3); (2) 用一個(gè)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(guò)糖水,慢慢將激光筆往下移動(dòng),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(dòng);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(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明光沿直線傳播必須滿足什么條件?

生： 均勻介質(zhì)．

點(diǎn)評(píng)： 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(dòng)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(shí)驗(yàn)對(duì)比讓學(xué)生形成了清晰的認(rèn)識(shí):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(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn),由于初中學(xué)生的抽象思維還沒(méi)上升一定程度,若光靠教師講授學(xué)生是難以理解,效果永遠(yuǎn)比不上實(shí)驗(yàn)在學(xué)生腦海中留下的烙印．為了突破這個(gè)教學(xué)難點(diǎn),實(shí)驗(yàn)中選擇生活中常見(jiàn)的蠟燭和蔗糖水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),因?yàn)榻處熇蒙磉叺奈锲愤M(jìn)行“微創(chuàng)”實(shí)驗(yàn),不僅相當(dāng)于給學(xué)生鋪臺(tái)階,提高思維的高度,還會(huì)讓學(xué)生感到親切,學(xué)生能敏銳地洞悉其中發(fā)生的物理過(guò)程,使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加透徹．[2]

實(shí)驗(yàn)(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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)4.小孔成像(分組實(shí)驗(yàn))

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

① 用火柴點(diǎn)燃蠟燭,將小孔對(duì)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(jiàn)一個(gè)倒立的燭焰;當(dāng)增大小孔到燭焰的距離時(shí),觀察到的像變小,當(dāng)減小小孔到燭焰的距離時(shí),觀察到的像變大;當(dāng)改變小孔的形狀時(shí),薄膜上的像的形狀不變,均為倒立的燭焰．

點(diǎn)評(píng).小孔成像既是光沿直線傳播在生活中的應(yīng)用中一個(gè)典例,也是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn),學(xué)生對(duì)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(gè)難點(diǎn),教師選用學(xué)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(shí)驗(yàn),可謂小創(chuàng)意解決了大問(wèn)題．讓學(xué)生親手操作、體驗(yàn),感知實(shí)驗(yàn)過(guò)程,不僅能讓學(xué)生感受到物理的親近實(shí)在,克服了他們學(xué)習(xí)物理的畏懼心理,還能降低學(xué)生理解疑難物理知識(shí)的思維臺(tái)階,[3]讓知識(shí)慢慢內(nèi)化在腦中,切實(shí)提高了課堂效率．

制作小孔成像的實(shí)驗(yàn)器材很多,如百事可樂(lè)杯、羽毛球筒、易拉罐,筒長(zhǎng)為20～30cm左右,膜片可選用塑料袋和學(xué)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(shí)現(xiàn)循環(huán)使用．實(shí)驗(yàn)時(shí)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(jiàn)度不高,小孔太大,膜上不能在成像．課后教師還可以布置學(xué)生在這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上,再做一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象又會(huì)怎么改變,實(shí)現(xiàn)小實(shí)驗(yàn)再探究．

4 結(jié)束語(yǔ)

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

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

2 張育霞，程芳卉.身邊物品在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的巧用[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2015(5)：32.

3 江耀基.從幾個(gè)教學(xué)案例談如何提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量[J].物理教學(xué),2017(1):26-27.

2017-01-21)