《光和影》實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

譚嘉雯

實(shí)驗(yàn)原型及不足

《光和影》一課，教材提供的實(shí)驗(yàn)方法如圖1。實(shí)際教學(xué)中，存在著一些問題，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1.操作難度大。學(xué)生用手懸空拿著手電筒，難以保證照射距離不變，且照射角度容易發(fā)生較大偏差。

2.發(fā)現(xiàn)規(guī)律難。定點(diǎn)定位照射，不利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)影子的連續(xù)變化過程，從而很難得出規(guī)律。

3.產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)知。采用上方照射、下方畫影子的方式，當(dāng)光源直射時(shí)，影子被物體擋住，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生“光源直射時(shí)沒有影子”的錯(cuò)誤認(rèn)知。

4.實(shí)驗(yàn)證據(jù)難呈現(xiàn)。學(xué)生記錄的結(jié)果難以全部呈現(xiàn)在黑板上，難以通過展現(xiàn)學(xué)生的整體證據(jù)進(jìn)行集體論證和深入研討。

改進(jìn)原理

基于教材中實(shí)驗(yàn)裝置的不足，我對(duì)光和影的實(shí)驗(yàn)裝置作了以下幾點(diǎn)改進(jìn)，力求達(dá)到更好的教學(xué)效果：操作面改立面為平面，將水平面作為操作區(qū)，豎直面作為記錄區(qū);利用立面為屏承載影子，把記錄區(qū)改到后面，這樣，光源直射時(shí)學(xué)生也能看到投射的影子;光源變化利用特制的軌道移動(dòng)，使得照射的距離和角度更加可控;將教材的三個(gè)實(shí)驗(yàn)集中在同一套裝置中進(jìn)行，提高課堂效率;利用透明膠片承載影子，記錄影子，將各組結(jié)果疊合在一起時(shí)可整體呈現(xiàn)學(xué)生記錄的結(jié)果，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果可視化。

制作材料與工具

白紙、蝴蝶夾、木塊、木板、透明膠片、透明亞克力板、雙軌窗簾軌道、手電筒等材料，以及創(chuàng)客小機(jī)床、激光切割機(jī)等工具。

制作方法

利用木板作為底板，在底板上制作凹槽，用于立起亞克力板，支持屏的放置。

用雙軌窗簾軌道作為光源移動(dòng)的軌道，軌道各點(diǎn)到屏中央的距離保持不變。在軌道上選擇具有代表性的不同角度，分別標(biāo)注“1、2、3、4、5”，并在數(shù)字上方標(biāo)注角度（如圖2）。

在底板中央畫出木塊運(yùn)動(dòng)的軌跡，同時(shí)在軌跡上選擇具有代表性的三個(gè)位置，分別標(biāo)注“A、B、C”。

在亞克力板后方夾上白紙作為屏，在紙屛后方夾上透明膠片，用于記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

整個(gè)裝置各種視圖如圖3。

實(shí)驗(yàn)方法

1.研究影子長度與光源照射角度之間的關(guān)系

指導(dǎo)學(xué)生把透明膠片固定在屏上，把木塊平放在屏中央，把手電筒沿著軌道移動(dòng)到“1”處，打開手電筒，畫出影子的輪廓，標(biāo)注“1”。

將手電筒沿著軌道緩慢移動(dòng)，觀察影子的變化，移動(dòng)到“2”處時(shí)，畫下影子的輪廓，標(biāo)注“2”。

以此類推，完成“3～5”號(hào)位置的記錄。

2.研究影子大小與光源遠(yuǎn)近之間的關(guān)系

指導(dǎo)學(xué)生更換新的透明膠片，打開手電筒，并移動(dòng)至“3”處。

將木塊豎直放置在“A”處，在膠片上畫出影子輪廓并標(biāo)注“A”。

緩慢移動(dòng)木塊至“B”處，在膠片上畫出影子輪廓并標(biāo)注“B”。以此類推。

3.研究影子形狀與什么因素有關(guān)

指導(dǎo)學(xué)生更換新的透明膠片，打開手電筒，并移動(dòng)至“3”處。

木塊豎直放置在“B”處，在膠片上畫出影子輪廓，并標(biāo)注“正”，把木塊平放在“B”處，在膠片上畫出影子的輪廓，并標(biāo)注“側(cè)”。

以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生完成后，各小組提交實(shí)驗(yàn)的透明膠片，按不同的實(shí)驗(yàn)記錄重合起來，粘貼在黑板上，教師讓學(xué)生開展集體研討活動(dòng)，引導(dǎo)他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論，增強(qiáng)他們的實(shí)證意識(shí)。利用創(chuàng)新裝置獲得的實(shí)驗(yàn)記錄便于統(tǒng)一研討，學(xué)生能夠通過透明膠片重合的記錄，找出各組的大致規(guī)律，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)論有據(jù)可依（如圖4）。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

將屏立起來，區(qū)分操作區(qū)和記錄區(qū)，減少了操作與記錄的相互干擾;光源照射的距離和角度可控，減少了人為操作帶來的誤差;沿著軌道移動(dòng)光源，影子呈現(xiàn)連續(xù)變化，便于學(xué)生連貫地觀察現(xiàn)象;從另一側(cè)記錄影子，有效避免了光源在直射時(shí)學(xué)生由于看不到影子，得出“光源直射時(shí)沒有影子”的錯(cuò)誤認(rèn)知;利用透明膠片記錄影子變化的規(guī)律，將多組記錄結(jié)果的膠片重疊展示，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果可視化。