摘 要：傳統(tǒng)的“光的反射”實(shí)驗(yàn)器材存在空間立體性不夠、探究性不強(qiáng)的問題，已經(jīng)不能充分滿足教學(xué)的要求，筆者利用身邊的器材進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，自制教具“立體光學(xué)演示器”.透明的半球形旋轉(zhuǎn)煙室能夠呈現(xiàn)出清晰的光路，可用于探究光的反射規(guī)律，探究反射光路的可逆性、探究凹面鏡和凸面鏡對(duì)光的作用，比較鏡面反射和漫反射的空間關(guān)系.

關(guān)鍵詞：自制教具;光的反射;旋轉(zhuǎn)煙室;立體空間

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）02-0016-03

基金項(xiàng)目：江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃青年專項(xiàng)重點(diǎn)自籌課題“基于單元設(shè)計(jì)理念的初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：C-b/2020/02/52）.

作者簡介：王莉（1991-），女，江蘇徐州人，碩士，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué)研究.

義務(wù)教育物理課程作為科學(xué)教育的組成部分，是以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程.此階段的物理課程不僅應(yīng)注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，而且應(yīng)注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等方面的培養(yǎng)[1].物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的必要手段，而實(shí)驗(yàn)儀器是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要載體.在具體的教育教學(xué)過程中，教師對(duì)現(xiàn)有教具的改進(jìn)和創(chuàng)新，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，也可以提高教師自身的專業(yè)素養(yǎng)，教師的創(chuàng)新意識(shí)以及動(dòng)手能力，也會(huì)潛移默化地影響著學(xué)生，讓學(xué)生慢慢的愛上動(dòng)手、愛上創(chuàng)新、愛上生活.

1 解讀課標(biāo)和教材

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出，光的反射一課屬于一級(jí)主題“運(yùn)動(dòng)和相互作用”，二級(jí)主題“聲和光”的部分，要求學(xué)生的認(rèn)知性目標(biāo)在“了解”層面.課標(biāo)要求學(xué)生經(jīng)歷光的反射規(guī)律的探究過程，會(huì)描述光的反射現(xiàn)象，初步理解光的反射規(guī)律，且該實(shí)驗(yàn)是八年級(jí)物理光學(xué)部分的重要實(shí)驗(yàn)之一.教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)器材是將平面鏡水平放置，一塊標(biāo)有刻度的白色紙板豎直立在平面鏡上，紙板由A、B兩部分組成，可以繞接縫ON翻折[2]（如圖1所示）.

2 教具改進(jìn)的背景

生活中的光現(xiàn)象無處不在，如何顯示光路，如何使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更易于觀察，是光學(xué)實(shí)驗(yàn)探究成功的關(guān)鍵.雖然學(xué)校實(shí)驗(yàn)室普遍配有相應(yīng)的教學(xué)儀器，但實(shí)驗(yàn)效果并不理想，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教具主要有兩種（如圖2、圖3所示）.圖2為學(xué)校自制器材——豎直放置的木板面上貼白紙，圖3為購買的光學(xué)演示器，這兩種實(shí)驗(yàn)器材均是在白屏上標(biāo)記出角度作為量角器.在實(shí)驗(yàn)時(shí)，入射光線到平面鏡上的入射點(diǎn)與量角器的圓心重合，利用白屏顯示出光的傳播路徑.在實(shí)際教學(xué)中現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材在探究光的反射規(guī)律時(shí)經(jīng)常遇到如下問題.

問題1：圖2中的器材在實(shí)際操作中，激光筆的光線很難在白屏上顯示出來，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀察.圖3中的器材價(jià)格較貴，個(gè)頭較小，且無法探究三線共面的問題.

問題2：光的反射發(fā)生在立體空間內(nèi)，但是以上實(shí)驗(yàn)裝置只能通過白屏承接光線觀察光路，沒有放置白屏的地方就無法觀察到是否有光線經(jīng)過.

問題3：入射光線只能在白屏所在的平面內(nèi)改變?nèi)肷浣?，無法從任何方向來改變?nèi)肷浣?

問題4：學(xué)生在操作時(shí)只能觀察到反射光線和入射光線，雖然強(qiáng)化記憶了反射光線、入射光線在同一平面內(nèi)，但是卻忽略了這個(gè)平面是由入射光線和法線所決定的.

基于上述原因，筆者自制了“立體光學(xué)演示器”，用于探究光的反射規(guī)律.

3 自制教具的改進(jìn)與創(chuàng)新點(diǎn)

立體光學(xué)演示器的主體為一個(gè)直徑為60cm的透明的亞克力塑料半球，半球罩放置在木板上，木板下面裝有旋轉(zhuǎn)展臺(tái)，通過展臺(tái)開關(guān)的通斷，煙室可以任意角度轉(zhuǎn)動(dòng)，在木板上面可放置一小段蚊香以及平面鏡等所需光學(xué)儀器（木板上面可放置一小段蚊香以及平面鏡等所需的光學(xué)儀器，木板下面裝有旋轉(zhuǎn)展臺(tái)，通過展臺(tái)開關(guān)的通斷，煙室可以任意角度轉(zhuǎn)動(dòng)）.半球與木板能無縫蓋合，使其內(nèi)部空氣不與外部交換，形成一個(gè)密閉煙室（如圖4所示）.

利用兩個(gè)強(qiáng)磁體，一個(gè)固定在激光筆上，一個(gè)放置在煙室外面，既可在煙室外面任意改變光源的位置，還可以在半球形煙室的頂點(diǎn)固定激光筆，隨時(shí)顯示出法線的位置（如圖5所示）.

在常規(guī)教學(xué)過程中，教師總是強(qiáng)調(diào)白色紙板需要垂直于平面鏡放置，否則就無法在白紙上觀察到反射光線.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)也確實(shí)發(fā)現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象，但是卻并不能理解，反而產(chǎn)生了“沒有出現(xiàn)在白紙上的反射光線去哪里了？是消失了嗎？”等疑問.傳統(tǒng)教具無法解決這樣一個(gè)問題，但是教師利用旋轉(zhuǎn)煙室可以將白色紙板傾斜放置在平面鏡上，之后將一束光緊貼紙板射向鏡面，學(xué)生會(huì)觀察到反射光線還是存在，并且存在入射光線、法線所確定的那個(gè)平面內(nèi)（如圖6所示）.

利用黑色記號(hào)筆在煙室外面標(biāo)記角度，半球形罩子的頂點(diǎn)即為0°，每隔10°標(biāo)記一下，這就是一個(gè)大的量角器，可通過光線在煙室上形成的光斑位置直接讀出反射角和入射角的大小（如圖7所示）.

打開展臺(tái)，整個(gè)裝置會(huì)旋轉(zhuǎn)起來，教室里坐在各個(gè)方位的學(xué)生都可以在某一角度觀察到光線，多次調(diào)節(jié)入射光線的角度，重復(fù)上述操作.相比教材上的設(shè)計(jì)方案，“將紙板繞接縫ON向前或向后翻折，觀察在什么情況下紙板B上能呈現(xiàn)反射光束”，該演示器的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為直觀，可以更好地讓學(xué)生從空間立體的角度，去理解反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi).

在已有的紅色激光的光路基礎(chǔ)上，利用綠色激光筆沿著原來紅色激光的反射光線方向逆向射入，可以觀察到紅色、綠色兩個(gè)光路重合，可以研究反射光路的可逆性（如圖8所示）.

4 自制教具的進(jìn)一步探索

該教具除了可以用于探究光的反射規(guī)律外，還可以用于以下兩個(gè)方面的探究.

4.1 探究鏡面反射和漫反射的空間關(guān)系

將三支激光筆平行放置在塑料板上，用熱熔膠槍固定，這樣就獲得了一束平行光.平行光線入射到平面鏡上，可觀察到反射光線的平行關(guān)系.將鏡子打碎，粘在一塊板上，注意黏貼的碎玻璃高低不平，這樣就獲得了一個(gè)“粗糙”的反射面.平行光線入射到碎鏡片上，可見觀察到反射光線向各個(gè)方向射出.利用傳統(tǒng)方法演示漫反射，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生“反射只能發(fā)生在一個(gè)平面內(nèi)”的錯(cuò)誤想法，該裝置則能更好地讓學(xué)生體會(huì)光的反射是存在一個(gè)空間立體的環(huán)境中（如圖9、圖10所示）.

4.2 探究凹面鏡和凸面鏡對(duì)光的作用

將凹面鏡、凸面鏡放置在木板上，可觀察到凹面鏡對(duì)光線有會(huì)聚作用，凸面鏡對(duì)光線有發(fā)散作用（如圖11、圖12所示）.

5 結(jié)語

本文介紹的儀器部件，其材質(zhì)和規(guī)格并不是固定不變的，可以根據(jù)實(shí)際的情況作出調(diào)整，比如可以直接購買光線更強(qiáng)光束更多的平行光源，也可以選用直徑更大的亞克力半球，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為震撼.在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，若底板為有機(jī)玻璃或塑料材質(zhì)制成，實(shí)驗(yàn)中很容易出現(xiàn)折射光線，這樣就會(huì)干擾學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，所以該演示器的底板選擇的是不透明的木板，當(dāng)然也可以選擇磨砂表面的材質(zhì)作為底板.該教具在日常教學(xué)中效果卓越，可呈現(xiàn)出清晰的光路，學(xué)生可以全方位多角度地觀察光的傳播路徑，提升空間立體感，感受光的傳播特點(diǎn)，通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、提出猜想、實(shí)驗(yàn)探究、獲取證據(jù)等環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，幫助學(xué)生構(gòu)建了真實(shí)的光的反射模型，在潛移默化之中培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維.這樣可視度更高的實(shí)驗(yàn)教具的自制與應(yīng)用，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生各種感官，優(yōu)化課堂教學(xué)氛圍.在后續(xù)教學(xué)中繼續(xù)利用旋轉(zhuǎn)煙室還可以開發(fā)其他功能，如探究光的折射規(guī)律，探究凸透鏡的成像規(guī)律.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]劉炳昇.義務(wù)教育教科書物理（九年級(jí)上冊(cè)）[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

[3]李海冰.光的反射定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].農(nóng)村青少年科學(xué)探究，2019（12）：14-15.

[4]馬順存.光的反射、折射實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)[J].湖南中學(xué)物理，2019，34（12）：67-68.

[5]蔣煒波，王宏.關(guān)于光的反射的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].新課程教學(xué)（電子版），2019（08）：6-8.

（收稿日期：2020-09-19）