利用“光的反射”自制教具培養(yǎng)學(xué)生探究能力

孫曉兵

摘要：借助自制教具開(kāi)展中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)是促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的有效途徑，也是一種“教、學(xué)、做”合一的探究式學(xué)習(xí)方法的具體體現(xiàn)隨著自制教具獲得的不斷發(fā)展，它的許多特點(diǎn)都與新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)不謀而合，它是全面推進(jìn)素質(zhì)教育的一條捷徑.

關(guān)鍵詞：自制教具；光的反射；探究能力

物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)，是根據(jù)一定的教學(xué)目的和教學(xué)需要，有選擇地把一部分研究或探索物理現(xiàn)象和規(guī)律的實(shí)驗(yàn)或事實(shí)，在集中的時(shí)間內(nèi)展示給學(xué)生，教給學(xué)生，用以幫助學(xué)生掌握知識(shí)和學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)能力，提高素養(yǎng)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011 年）指出要發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人才培養(yǎng)方面有著極其重要的作用新課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于科學(xué)探究總結(jié)了七大要素，即：提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作因此，物理實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)的基本程序可概括為引發(fā)問(wèn)題→提出假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)探究→分析總結(jié)→評(píng)估交流

在新課程標(biāo)準(zhǔn)背景下借助自制教具開(kāi)展中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)是促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的有效途徑，也是一種“教、學(xué)、做”合一的探究式學(xué)習(xí)方法的具體體現(xiàn)隨著自制教具獲得的不斷發(fā)展，它的許多特點(diǎn)都與新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)不謀而合，它是全面推進(jìn)素質(zhì)教育的一條捷徑

現(xiàn)階段，物理實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具備一定的規(guī)模，能夠滿足學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)需要但是由于一些實(shí)驗(yàn)器材的設(shè)計(jì)有局限性，導(dǎo)致有些實(shí)驗(yàn)在操作上和引導(dǎo)學(xué)生探究上具有一定的弊端有的實(shí)驗(yàn)器材不能夠引起學(xué)生的思考，只是讓學(xué)生知道是這么回事，屬于驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)器材，而不是探究型實(shí)驗(yàn)器材，現(xiàn)以“光的反射實(shí)驗(yàn)”為例進(jìn)行說(shuō)明

1“光的反射”現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置的缺陷

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示，整個(gè)試驗(yàn)裝置是由兩塊木板組合而成，板子后面是兩個(gè)小合頁(yè)（如圖2），板子前面固定一塊小平面鏡，使得右側(cè)的木板可以向后折，不能向前折，用這個(gè)特點(diǎn)說(shuō)明反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)

11這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置有這樣幾個(gè)缺點(diǎn)

（1）板子的邊框由于有個(gè)封條，所以與板子整體不是平的，使用激光筆的時(shí)候，激光筆發(fā)出的光線不是嚴(yán)格地貼著左側(cè)的板子入射的，其實(shí)有一個(gè)小的角度，板子上的光線看起來(lái)不是那么清晰（如圖3）

（2）右側(cè)的木板可以向后折，但是不能向前折，更無(wú)法全角度彎折，只能驗(yàn)證反射光線只存在某一個(gè)平面內(nèi)，而算不上真正意義上的探究而且固定的平面鏡也限制了板子的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)紙板與平面鏡也只能是垂直的狀態(tài)，無(wú)法成角度調(diào)節(jié)

（3）由于實(shí)驗(yàn)裝置的限制，學(xué)生在操作時(shí)只能在這兩塊板上看見(jiàn)反射光線和入射光線，所以會(huì)強(qiáng)化記憶成反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)，而忽略了其實(shí)這個(gè)平面是由入射光線和法線所決定的平面因?yàn)榉ň€并不存在，而且在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中始終沒(méi)能把法線標(biāo)記出來(lái)，所以學(xué)生在總結(jié)規(guī)律時(shí)也會(huì)忽略法線的存在

12這個(gè)裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)的不良效果

尤其是當(dāng)學(xué)生面對(duì)有的實(shí)驗(yàn)題時(shí)，思維障礙點(diǎn)就突出顯現(xiàn)出來(lái)了平時(shí)在探究“光的反射定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行如圖4所示的實(shí)驗(yàn)操作讓光線貼著紙板沿AO方向射向鏡面，反射光線沿OB方向射出，如圖甲所示，將右側(cè)紙板沿ON向后折，在紙板上不能看到反射光線，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若將紙板傾斜，讓光線仍貼著紙板沿AO方向射向鏡面，如圖乙所示，此時(shí)紙板上是否能看到反射光線？

很多學(xué)生認(rèn)為，紙板是一塊紙板，反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)，所以只要入射光線在這個(gè)平面上，那么反射光線也一定在這個(gè)平面上他們的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)就是因?yàn)楹雎粤朔ň€的位置，忽略了反射光線其實(shí)是在由入射光線和法線所決定的平面內(nèi)的

2對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

針對(duì)原來(lái)實(shí)驗(yàn)裝置的弊端所暴露出的問(wèn)題，筆者帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行了如下改進(jìn)：

（1）顯示光路的紙板不能有邊框（如圖5）；同時(shí)紙板上可以貼有量角器，反射角與入射角的大小關(guān)系也同樣可以探究

（2）兩塊紙板不僅能后旋轉(zhuǎn)，還要全角度旋轉(zhuǎn)（如圖6）各紙板和底座接觸的位置都嵌入小磁鐵，滿足旋轉(zhuǎn)和穩(wěn)定的需要另外，尋找反射光線時(shí)是真的去探索光線的位置，而不是只有局限的位置可以選擇（如圖6）；

（3）用另一個(gè)激光筆隨時(shí)顯示出法線的位置，在學(xué)生確定反射光線的同時(shí)看到法線的位置，確定三線共面（如圖7）；

（4）兩塊紙板可以與入射面成角度擺放，不是只能垂直放置（如圖8）；

（5）光源可固定，不用手持，讓入射光線的角度保持穩(wěn)定（如圖9）；

（6）平面鏡鑲嵌到反射面內(nèi)，不讓它影響紙板的旋轉(zhuǎn)（如圖10）

此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象適時(shí)提出問(wèn)題，如當(dāng)在圖11的位置中找到反射光線后，可以提出問(wèn)題：如何確定反射光線和入射光線在同一平面內(nèi)？法線是否也在這個(gè)平面內(nèi)？在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以隨時(shí)打開(kāi)光源，顯示出法線的位置.把兩塊紙板去掉，用一個(gè)整塊的紙板放在與平面鏡垂直的某位置就可以同時(shí)看到反射光線和入射光線，此時(shí)法線也在這個(gè)平面內(nèi)如圖12

3利用改進(jìn)的自制實(shí)驗(yàn)裝置培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力

利用自制教具，可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提出諸多具有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和科學(xué)探究能力如：

（1）反射光線是否在入射光線和法線所在的平面內(nèi)？

（2）反射光線和入射光線是否分居在法線兩側(cè)？

（3）反射角與入射角是否相等？

按照現(xiàn)在中考要求，也可以引導(dǎo)學(xué)生分別找出自變量、因變量和控制變量進(jìn)行科學(xué)探究，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并加以評(píng)估在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，始終以問(wèn)題為中心，以實(shí)驗(yàn)為保障，以討論為主線引導(dǎo)學(xué)生深入地思考，把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成探究性實(shí)驗(yàn)，開(kāi)拓學(xué)生思路，發(fā)散學(xué)生思維，全方面培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力

突破學(xué)生的思維障礙，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，對(duì)教師的分析能力、教材研讀水平及教學(xué)設(shè)計(jì)能力都要求很高endprint

例如，在光的反射實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們出現(xiàn)的問(wèn)題集中在法線的建立和作用上，為什么要建立法線這一模型呢？

每一條入射光線和其對(duì)應(yīng)的反射光線都可以呈現(xiàn)在各自的一個(gè)平面上如圖13，從不同方向射向同一個(gè)入射點(diǎn)的對(duì)應(yīng)光線都可以呈現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的平面上如圖14

上述三個(gè)不同的面組合到同一個(gè)圖中如圖15所示，三個(gè)面相交于同一條直線ON，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，用不同的平面承接不同角度（平面在底座的位置如圖16）的光路時(shí)，ON在不同的平面上都能看見(jiàn)，所以這條直線對(duì)于找到過(guò)O點(diǎn)的反射光線至關(guān)重要，把該條直線抽象出來(lái)，如圖17所示，由于它不是一條真實(shí)的光線，所以它在作圖時(shí)要用虛線畫(huà)出，通過(guò)用直尺測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該條直線肯定過(guò)入射點(diǎn)，且與反射面垂直，因此把這樣一條過(guò)入射點(diǎn)，且與反射面垂直的直線用虛線畫(huà)出且定義為法線

4對(duì)利用自制教具培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的思考

41改變學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)

以自制教具進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)，要求在教學(xué)過(guò)程中，教師要摒棄掉以前課堂上主導(dǎo)者的身份，變成學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者，在一個(gè)相對(duì)輕松愉快的氛圍下引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生有充分的話語(yǔ)權(quán)和主動(dòng)權(quán)，而不再只是一個(gè)知識(shí)的接受機(jī)器，當(dāng)學(xué)生從這種探究式的學(xué)習(xí)方法中獲得成就感時(shí)，自然而然就會(huì)改變以前被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式和惰性的思維模式，積極主動(dòng)的去學(xué)習(xí)、去思考學(xué)生是知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者，必須主動(dòng)參與整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，根據(jù)自己先前的經(jīng)驗(yàn)，與他人協(xié)商、會(huì)話、溝通，在相互質(zhì)疑的過(guò)程中，建構(gòu)知識(shí)特別是對(duì)于大多數(shù)同學(xué)口中較難的物理學(xué)科，從被動(dòng)到主動(dòng)的這一轉(zhuǎn)變過(guò)程，會(huì)讓許多學(xué)生對(duì)物理這一學(xué)科有了重新的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)好物理就不再是一件難事

42鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力

現(xiàn)實(shí)中的中學(xué)生，在應(yīng)試教育“重分?jǐn)?shù)輕能力”的大環(huán)境下，理論知識(shí)強(qiáng)，實(shí)踐能力弱，極不符合社會(huì)的需要和國(guó)家的需求，而解決這一問(wèn)題最直接的方法就是讓學(xué)生參與到實(shí)踐活動(dòng)中來(lái)對(duì)于中學(xué)生而言，教具制作是符合學(xué)生心理特征和發(fā)展要求的綜合性實(shí)踐活動(dòng)根據(jù)學(xué)習(xí)需要，指導(dǎo)學(xué)生自己制作教具，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力的重要途徑教具制作前學(xué)生首先要去查閱相關(guān)資料，制定出合理的方案，接著尋找合適的制作材料、準(zhǔn)備所需的工具，這些前期的準(zhǔn)備活動(dòng)，能夠幫助其豐富生活經(jīng)驗(yàn)，完成對(duì)事物的認(rèn)知制作時(shí)，就真正到了考驗(yàn)動(dòng)手能力的時(shí)刻了，怎么樣使用鋸齒，鉆孔機(jī)應(yīng)該怎樣操作等等這些問(wèn)題都影響著制作過(guò)程是否順利，所以學(xué)生應(yīng)該掌握各種勞動(dòng)工具的使用方法和技巧，熟記注意事項(xiàng)，在實(shí)踐中不斷提升其動(dòng)手能力教具初步制作完成后，還要對(duì)其進(jìn)行調(diào)試、改進(jìn)和反思，在上述活動(dòng)進(jìn)行后，最后的成品將用來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中，學(xué)生可以更深入地思考問(wèn)題，用物理學(xué)原理解釋實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，用實(shí)驗(yàn)器材探索未知的知識(shí)原理兩者相輔相成，互相促進(jìn)，學(xué)生的思維能力和解決問(wèn)題的能力也將有所提高

43培養(yǎng)創(chuàng)造精神和科技意識(shí)

自制教具的設(shè)計(jì)是應(yīng)用科技知識(shí)與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的一種具有多種潛在價(jià)值的創(chuàng)造性活動(dòng)，任何一件教具的制作都是經(jīng)過(guò)一番思考，然后出現(xiàn)創(chuàng)意、構(gòu)思和設(shè)計(jì)在實(shí)際的制作過(guò)程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的創(chuàng)造潛能，激起創(chuàng)造的欲望和興趣，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新能力；而制作過(guò)程很多時(shí)候是艱辛曲折、充滿挑戰(zhàn)和困難的，失敗和挫折再所難免，——堅(jiān)持到底才能成功，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新勇氣，鍛煉創(chuàng)新意志；制作過(guò)程又是嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、各具特色的，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新個(gè)性和創(chuàng)新品質(zhì)；制作方案的制定、制作材料的選取、制作工具和技術(shù)的使用都需要?jiǎng)?chuàng)造性思維的參與，更需要?jiǎng)?chuàng)造策略和技巧的使用，能夠有效地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；制作成果的使用是對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性勞動(dòng)的最好獎(jiǎng)賞和激勵(lì)，能夠點(diǎn)燃學(xué)生更大的創(chuàng)新熱情同時(shí)，由于教具的創(chuàng)作和使用過(guò)程必然涉及科學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)技術(shù)，在創(chuàng)造性思維物化的過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的科技意識(shí)會(huì)起到強(qiáng)化作用

本文只闡述其中的一個(gè)例子，自制教具可以在很多課上進(jìn)行嘗試，尤其是現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材不能滿足學(xué)習(xí)需要時(shí)，可能一個(gè)小地方的改進(jìn)都能取得突破性的進(jìn)展學(xué)習(xí)是在不斷地嘗試中完善的，利用好自制教具，可以使教學(xué)效率大大提高，對(duì)學(xué)生探究能力的提升起到推波助瀾的作用在基礎(chǔ)物理教學(xué)中，將自制教具與實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)相結(jié)合，不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的提高，激發(fā)并保持學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，最終達(dá)到提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的以自制教具開(kāi)展中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)是課程改革的需要，是推行素質(zhì)教育的強(qiáng)有力的手段在學(xué)生普遍認(rèn)為“物理難”的今天，這項(xiàng)舉措將會(huì)給物理教學(xué)帶來(lái)一個(gè)全新的面貌

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