八年级教材第三章《光现象》,从光的直线传播到光的反射,都没有提出过呈现光路的策略建议,教材直到第四章《光的折射透镜》第一节《折射》中“初识光的折射”活动建议中,才提出“为了清楚地看到光在空气和水中的传播路径,可在水面上方喷些烟雾,在水中滴几滴牛奶”。
但对教师的课堂教学而言,从光线模型的建立之初,就需要向学生展示光的传播路径。如何在“光的直线传播”“光的反射”中呈现光路,引入物理概念呢?通过长期的摸索与尝试,笔者归纳了以下三种方法。
(一)用好白板,改装白板
白板是物理教师常用的呈现手段之一,借助于磁吸式分光器和激光笔,可以在白板上清晰呈现光沿直线传播的路径,看上去简单直观。
在“探究光的反射规律”的常规教学活动中,白板是教师熟悉的实验器材,笔者认为可以对白板进行简单改装,帮助学生获得更丰富完整的规律体验。考虑将呈现反射光路的白板沿图3-1(b)中ON右侧中间位置分割为两个部分,将上下两个部分分别沿ON向后翻折。在此过程中,学生可以在未翻折的白板上继续观察到光路,但在翻折部分光路消失。直接向学生展示,入射光线、反射光线和法线保持在同一平面内。
图3-1
(二)制造水雾,用好水雾
在最初建立光线模型的时候,如何帮助学生感受“光在均匀介质中沿直线传播”至关重要,教师常用的方法是借助水雾让窄光束呈现出实际的光路。
图3-2(www.xing528.com)
在“探究光的反射规律”的活动中,如果保留常规白板的使用方式,根据教材建议,只需要以图3-2中的法线ON为轴,将硬纸板的B面向后旋转,这时在B面上还能观察到反射光吗?由此可知:入射光线、反射光线和法线____________(在/不在)同一平面内。
但笔者认为,如果能在此时使用喷雾器,在反射光线所在位置喷洒水雾,使学生能观察到反射光线始终保持与入射光线、法线在同一平面内,这是对原有实验方案的良好补充与完善。
以上两种情况下,为了显示光路,大部分教师还是会采用分光器结合光屏的方法,即让光路呈现在一个平面上。该方法的不足之处在于,分光器所投射出的光线并不是严格意义上的一条光线,而是一排扩散开的光束,如果在光的反射实验中,真的用水雾再现反射光线,学生将会观察到一排散开的光束,这样的现象与所学习的知识不可避免地产生了认知冲突,甚至存在科学性错误,会对学生的认知产生干扰。同时,光线本身是一个三维空间上的事物,将其局限于二维光屏上,显得不够生动。
笔者受加湿器的启发,尝试用超声波雾化器制作水雾,此装置制造的水雾稳定,显示光路效果明显,在光的直线传播、光的反射、折射、透镜等几何光学实验中都可以产生很好的实验效果。
(三)使用烟饼,制造烟雾
如图3-3所示,在空间内充入大量的烟雾,使用红色激光笔垂直入射到平面镜表面,显示法线的位置。再使用绿色激光笔显示入射光线和反射光线,并改变入射角的大小,入射光线的方向,帮助学生多角度感知光的反射过程。
图3-3
此过程中的烟雾可以使用加湿器,也可以使用烟饼,效果都比较理想。
但如需对此过程中的入射角和反射角的大小关系进行探究,仍应在白板上描绘出光的传播路径,将入射光线和反射光线的路径固定下来,进行入射角和反射角的测量记录,用明明白白的现象进行比较,进而获得光的反射规律。
初中物理实验现象可视化的课堂实践——基于苏科版八年级上册教材的若干尝试
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