魔術(shù)情景在“光的折射”教學(xué)導(dǎo)入中的應(yīng)用

晏福勇

(重慶市第一中學(xué)校,重慶 400030)

教學(xué)導(dǎo)入對于整堂課的教學(xué)有著重要的作用,所以教師在教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)總是想法進行背景設(shè)置或情景鋪墊,為學(xué)生思維和情感的激發(fā)創(chuàng)造充分的情緒氛圍,其中魔術(shù)情景就被廣泛地應(yīng)用于物理教學(xué)中,例如在設(shè)計“光的折射”的教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)時,就可以根據(jù)光的反射和折射現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)出魔術(shù)情景,這種魔術(shù)能產(chǎn)生神奇的光影效果,給學(xué)生的視覺和思維帶來很強的沖擊力,能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,提高課堂的學(xué)習(xí)效率.

1 “光的折射”導(dǎo)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(jié)的教學(xué)內(nèi)容,下面是關(guān)于“光的折射”的兩個不同魔術(shù)情景教學(xué)導(dǎo)入案例的課堂實錄.

(1) 導(dǎo)入案例1:臉譜變臉.

師:同學(xué)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(shù)師,我來給你們表演一個神奇的變臉魔術(shù).

(展示并介紹魔術(shù)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(xué)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(fā)生了什么?

生:變成彩色臉譜了.

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

(2) 導(dǎo)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(shù).

(展示并介紹魔術(shù)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(xiàn)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(shù)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(guān)閉閥門)同學(xué)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(xiàn)象(導(dǎo)入新課“光的折射”).

2 魔術(shù)的光學(xué)原理

兩個魔術(shù)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(shù)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(cè)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(fā)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?yōu)榱瞬噬樧V,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(fā)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(xiàn)了圖3(b)中的現(xiàn)象.

圖5

3 魔術(shù)道具的制作要點

3.1 制作材料和技巧

兩個魔術(shù)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(shù)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(cè)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(cè),避免被水浸泡損壞而無法完成魔術(shù)或者不能重復(fù)使用;“坐井觀天”魔術(shù)道具中的圓筒最好用現(xiàn)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(shù)

(1) 重要厚度.兩個魔術(shù)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(fā)生全反射,根據(jù)光的折射定律可以求出光從水中射向空氣發(fā)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(jù)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(shù)表演時道具的方位很重要,有些現(xiàn)象是要清晰地展示給學(xué)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(shù)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(shù)情景的創(chuàng)設(shè)建議

4.1 傾情表演

魔術(shù)情景教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)的一個重要作用是為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性,教師雖然不是專業(yè)的魔術(shù)表演家,但在表演上也要盡可能多加訓(xùn)練,使表演效果更加逼真、有趣,這樣表演起來對學(xué)生更具吸引力,否則,就會失去創(chuàng)設(shè)魔術(shù)情景的魅力和價值,使教學(xué)導(dǎo)入的作用和效果大打折扣.

4.2 針對性強

魔術(shù)表演的主體效果一定要和將要學(xué)習(xí)的課程吻合,因為主體效果對學(xué)生的視覺沖擊力最強,產(chǎn)生的導(dǎo)入效果也最好,要避免表演過程中只有一些細枝末節(jié)的現(xiàn)象才和將要學(xué)習(xí)的課程知識沾一點邊,然后就非常牽強地、生硬地導(dǎo)入了新課.

4.3 避繁就簡

教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)的時間很短,創(chuàng)設(shè)的魔術(shù)情景不能太繁雜,讓學(xué)生看起來眼花繚亂,思路不清晰,抓不住主要現(xiàn)象,只是看了一場熱鬧而已,因此魔術(shù)情景的創(chuàng)設(shè)要簡單化,易操作化.

4.4 揭秘時機

在魔術(shù)表演完成后,學(xué)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(dǎo)學(xué)生去思考一些關(guān)鍵裝置或操作帶來神奇現(xiàn)象的原因,使新課的導(dǎo)入顯得更加順暢和自然,在學(xué)完新課程之后再對魔術(shù)現(xiàn)象進行知識性的揭秘,這樣就通過魔術(shù)情景的導(dǎo)入激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的興趣和動力.

新課程理念使教師在教學(xué)設(shè)計上有了更大的發(fā)揮空間,教師要結(jié)合所教知識和學(xué)生的特點創(chuàng)設(shè)出生動、有趣、合理的各種教學(xué)導(dǎo)入情境,這對于激發(fā)學(xué)生的主動性和提高課堂的有效性都非常重要.