低成本自制教具对初中物理实验教学的创新与改进

袁超

摘 要：传统的物理实验教学中存在着诸多问题，这些问题阻碍着学生创新精神的培养。现在新课标对于初中物理教师提出了更高的要求，在实验教学中教师应该注重提高学生的综合素养、培养学生的创新精神和创新能力，从根本上提高物理教学质量。本文通过《光的折射》教学案例对初中物理实验教具的自制与改进措施进行探讨，为当前的初中物理实验教学提供一些借鉴。

关键词：光的折射；自制教具；初中物理；创新实验

根据初中物理学科特点，许多物理知识和物理规律必须通过实验才能说明清楚，实验在物理课堂中占有举足轻重的地位。而且在新课程改革的背景下，在实验教学中教师不仅应该传授给学生丰富的知识，更应该通过实验提高学生的综合素养、培养学生的创新精神和创新能力。因此，需要教师对于传统的物理实验进行自制和改进，通过教师的创新，推动学生的创新。本文结合《光的折射》案例中的几个实验，对初中物理实验教学创新进行了探讨。

1 探究“三线共面”问题

在研究折射光线、入射光线、法线三线在同一平面内的问题上时，上海科技出版社教材中的方法是将（如图1所示）教具的光屏右半部向后折，在右半光屏上就看不到折射光了。从而就说明折射光线、入射光线、法线三线在同一平面内，笔者认为这样研究不够严密。因为当右半部光屏向后折时，承接不到折射光线，只能说明没有折射光射向光屏的后方，但光屏的前方呢？所以为了提高实验研究的严密性，也应将光屏的右半部向前方折起。观察不到折射光，才能说明折射光线还是在原本的光屏平面上，即与入射光线、法线在同一平面内。

但是在实际操作中，为了提高实验的操作性和可视性，我们都是使用线光源来完成本实验，这时如果将光屏向前折，依然可以看到折射光线。所以最后笔者自制了如下实验装置：

（1）实验装置简图

如图2、3所示

（2）实验装置说明

此装置可以用来研究光折射时三线共面的问题。由两部分组成：一部分是圆柱形容器，下半部装有水（水中加几滴牛奶）上半部是空气（添加些烟雾）。另一部分是一个长方形框架，分别在其上方和下方分别装有两个激光笔（点光源），而且这两根激光笔可以在框架平面内旋转，并且无论怎么旋转，其激光都会射向对面框架，即光斑总是落在框架的中线上。

将框架固定在容器上，点亮上方的激光笔，我们能观察到入射光从空气斜射入水中，激光经过水后，光斑还是落在框架的中线上，即可以说明入射光线和折射光线在同一平面内。

（3）几点说明

①激光头可以旋转，从不同角度入射。多次试验，总结出一般规律。

②下方的激光笔可以做从水中射向空气的试验。

③牛奶和烟雾添加适量就可，不要过多。

2 探究“两角关系”“光路可逆”问题

（1）试验装置简图： 如图4所示

（2）试验装置说明

可以用来研究光折射时两角的大小关系，以及光路可逆规律。平底烧瓶中装有水（水中滴加几滴牛奶），瓶的两侧印有角度（用来读出入射角和折射角）。瓶中挂有个重垂线，相当于法线。

（3）使用方法

①先用香在瓶中添加烟雾

②让一束激光分别从瓶上方不同角度处对重垂线与水面的交点入射，观察折射角的大小。

③改变激光笔的位置。让激光分别从瓶下方不同角度处对准重垂线与水面的交点入射，观察折射角的大小。

④让另一根激光笔逆着折射光线入射回去，观察两条激光是否可以重合。（为了验证光在折射时光路可逆）

（4）几点说明

①重垂线下方的重物在选材方面，质量要大而体积要尽量小，笔者选择的是铅弹。

②在分组实验时，前后两名同学为一组。这样实验的可视性更好。

③烟雾和牛奶不宜加过多，不然会影响实验效果。

④实验时，要提醒學生不能将激光笔对准同学的眼睛。

3 拓展应用：生活中的小发明

据英国《每日邮报》报道，一位巴西机修工发明了一种利用太阳光为房屋内照明的办法：他在屋顶的瓦片上钻一个孔，把装满水的塑料瓶卡进孔里，再用胶水固定牢固防止屋顶漏水（如图5所示）。装满水的塑料瓶依靠对日光的折射，照明功率相当于40到60瓦的灯泡。

在物理课堂上展示实物，并用（如图6所示）装置模拟“水瓶灯”的发光效果，让学生感受水瓶灯的亮度情况。

几点说明

①箱内灯泡功率要大些，笔者是用浴霸的灯泡。

②先是让学生观察没有插入水瓶灯时的亮暗情况，然后插入水瓶灯后再观察，形成对比。

4 学以致用

在课堂上先播放一段“一休哥”的动画片，其中讲述了一个花瓶底部藏有宝物，但从瓶口又看不到底部宝物，思考如何不打碎花瓶，看到宝物。

看完动画片，让学生观察桌上的自制“花瓶”（这些“花瓶”是上一届学长学姐们用矿泉水瓶制作的，并在瓶内的底部留有字条，如图7），然后让学生动脑、动手，最终看清瓶底的字条。

最后，布置学生在课后制作一个类似的“花瓶”，并在瓶底给下一届同学留下惊喜。从而不仅复习了课堂所学，还锻炼了同学们的动手能力。

其实，在物理中的许多课程都跟《光的折射》一样，可以有很多利用自制教具的切合点。所以作为物理教师应该作生活的有心人，勤动手，真正的将自制教具工作落到实处。