光学演示实验的改进与体会 光学演示

仙降镇中 张海轮

摘 要：光学实验在科学教材中对于增强学生对光知识的理解与掌握有着非常重要的意义，但无论是教师演示光的一些实验还是学生活动探究光的实验，受到学校条件和地点、天气的影响非常明显，而且效果并不一定能达到师生所期望的，而笔者通过实践与思考对光的一些实验进行了改进，并有了一些创新的想法，利用学校常用的幻灯机以及常用工具，演示了光的色散、小孔成像、凸透镜成像规律以及照相机原理与眼睛成像特点及近视、远视的纠正，这对于加强学生对光的知识的理解和深化有非常重要的帮助作用。

关键词：光学实验 演示 改进 体会

初中科学是一门以实验为基础的科学，加强实验教学是提高科学教学质量的重要环节。演示实验不同于其它任何实验，它是教师进行表演和操作的实验，给学生以生动、鲜明、直观而又深刻的印象，并在此基础上，经分析、综合、抽象、概括等思维加工过程，使学生获得知识的一种最有效的直观教学方法。因此在实验过程中教师应结合学生实际情况和教师条件想办法创设相应的教学环境，激发学生学习、研究、思维、探索的兴趣，培养学生观察、分析、记忆、综合、实验、操作等能力。

一、问题的由来

笔者在实施浙教版科学七年级下册的教学实践时，发现第一章《对环境的察觉》中，有很多有关光的知识的章节，牵涉到许多光学实验，这些实验总的来说在实际平时课堂中演示时或者让学生探究时常常出现以下几个问题：

1、时间与天气影响实验的演示与效果。

如光的色散现象是一个非常具有吸引力的实验，学生对于这种彩虹般的现象是带有强烈的好奇心与探究欲的。但想要在上课时按课本中活动的要求，利用盛有水的脸盆里斜着放一面镜子，来对着太阳光调节产生光的色散现象，想要这种效果展示给学生看是比较困难的，因为我们不可能将课堂搬到室外上，时间上与学校管理上都是不允许这样的事情发生，如果用图片和多媒体代替讲解学生的兴趣与可信度就大大降低；如果想通过窗户射进的阳光来演示，又要看老天爷的脸色了，况且这进光的色散现象投射在地上非常不明显，大部分学生会看不清楚现象，有可能会造成课堂的混乱，曾经用灯泡发出的光来替代阳光，但效果仍然不明显，所以这节课的演示问题就一直困扰着我，能不能找到一个替代阳光的光源，同时又能很好将其色散效果投射到屏幕上？

2、学生的自觉性与能力会影响实验的进行

在第四节《光和颜色》中有一个让学生探究小孔成像的活动，在实际操作中我们的学生几乎无法完成这项探究任务，这个实验本来并不是科学课程中才有的，原来的自然科学教材中就已经提到了，我觉得这个实验具有很浓厚的科学历史蕴含，如果能完成这个探究活动，有进行科学史教育的作用，又能培养其探究能力与兴趣，但在实际操作过程中，发现小孔现象用蜡烛在白天做出来的现象很难观察到，让学生去树林里找圆形的光斑，我觉得好象不太理想，学生好象对做这种事没有兴趣，教师在现有的教学体制下又不敢这样开放课堂，如果布置学生回家做农村学生往往自觉性不够强，总是草草了事，所以我就思考，能不能在学生探究的基础上对这个实验进行演示，当然现象最好能很清晰，又不需要暗室，能在班级里直接进行是最理想的。

3、多媒体演示替代不了实验演示

第六节《眼和视觉》中一个活动研究凸透镜成象规律实验，但在实际学习中我们农村学生对于这块知识掌握非常困难，从学生的学习反馈来看，原因可能是学生对于如何找到清晰的像不是很清楚，另外学生什么是物距和象距不太理解，学生对于焦距的测量不是很懂，由于用传统的光具座进行演示教学时效果不是非常明显，所以，我跟大多数教师一样，用多媒体（flash课件）替代实验进行演示与讲解重点与难点，但从教学反馈来看，学生的理解与掌握并不是非常理想，所以本人更加确信，多媒体只能起辅助作用，没有真实的实验演示很难吸引学生的眼球并引发学生的思考。本人认为这个活动对于农村学生来讲应该改为引导式探究，可由教师先进行简单必要的讲解与演示现象后，最后由学生自己通过探究得出规律，再通过多媒体辅助归纳总结应该是最理想的，所以如何提高凸透镜成像规律的演示效果对于解决这块内容的重点与难点有重要的意义。

另外，在讲解凸透镜成像规律的应用时，照相机虽然学生大多见过了，但还是大部分学生好象对于这种原理不太理解，包括眼睛的构造与成象特点，好象可能现在网上都有flash课件来帮助演示理解，但我个人认为，如果能通过实物模拟演示照相机和眼睛的成象特点，对于加深学生的理解与记忆非常有帮助，所以本人一直致力于改造这几个演示实验，追求更好的演示效果与趣味性。

二、实践与改进

笔者分析了以上几个光学演示实验，最大的难处是如何解决光源的问题，因为用蜡烛或者用白炽灯演示，由于光源向四周发散，造成光线并不集中，由此得到的现象的能见度就大大降低，白天的情况更加不清晰，而班级后面的同学就几乎看不到了。针对这个问题，笔者在实践中发现幻灯机在使用时光线的亮度很强而且又非常集中，所以就果用硬纸遮住幻灯机发光面，然后在中央挖空出一只蜡烛形状，发现可以相当于一只发出光度很强且非常集中的蜡烛光源（如图1），另外就是要增强演示效果，以解决光具座上演示能见度太弱的缺点，我觉得用幻灯机上的凸透镜当做演示透镜可能效果会不错的，因为幻灯机本身就有很强而又清晰的放大效果呀。下面就介绍一下光学实验演示的改造与实践。

1、光的色散实验演示改进

(1)、实验仪器

三棱镜、幻灯机、带有宽约5毫米，长约5厘米的狭缝的不透光的硬纸板，木块。

(2)、演示方法

启动幻灯机，将带有狭缝的纸板放在投影仪上，只有一束白光从狭疑射，作适当调节，以便演示。将棱镜的底面朝下，并调整白光的入射角度。使光经折射后投影到屏上，并出现了光的色散现象。

(3)、演示效果

学生注意观察各色光的排列顺序，光的颜色红橙黄绿蓝靛紫（如图2）所示。

(4)、问题思考：

如果将三棱镜的底面朝上，会有什么现象？

调节幻灯机上的平面镜，将通过狭缝的白光反射到较低的位置，问学生：若要使这束光折射到屏上，三棱镜的底面应该朝向哪里？学生会回答：底面朝上。又问：此时光谱的红色。紫色的位置分别的哪里？学生经过思考会回答：紫光在上，经在下。于是将棱境的底面朝上并调整白光的入射角度。使光经折射后投影到屏上，出现了光的色散现象，并证实了学生的回答是正确的。

在投影演示中，同学们通过对光的色散的观察、思考和再证实，加深了棱镜在改变光的传播方向的作用的理解，对光的色散有了进一步的认识，升华了本节课的教学目的。

2、小孔成像演示的改进

(1)、实验仪器

带小孔的光屏、幻灯机（改装）、挖空一只蜡烛形状的不透光的硬纸板，光具座。

(2)、演示方法

启动幻灯机，将挖有蜡烛形状的纸板贴在幻灯机上，并立起来（如图1）所示，对着带小孔的光屏照射，光具座上的另一个玻璃光屏就出现了缩小倒立的像，如果在远处放一个大的屏幕，就会出现放大的倒立的像。

(3)、演示效果：小孔所成的像可大可小，而且总是倒立的。（如图4、图5）

(4)、问题思考：

①如果将小孔换成别的形状（如三角形或不规则形状），会有不同的现象吗？

②媒体介绍小孔成像的历史背景，进行科学教育史教育。

③小孔成像的原理是什么？小孔的直径到底多大才能成像，为何大的孔无法成像？

3、凸透镜成像规律及应用演示的改进

(1)、实验仪器

幻灯机用凸透镜镜头、幻灯机（改装）、挖空一只蜡烛形状的不透光的硬纸板，手电筒，光具座；照相机模型（自制），眼睛模型（自制改装）。

(2)、演示方法

①粗测透镜的焦距。用手电筒对着凸透镜照射，调节另一侧的玻璃光屏，只至光屏上出现明亮的光斑，测出光斑与透镜立杆的距离就为焦距f =______。

②研究凸透镜成像规律：启动幻灯机，将挖有蜡烛形状的纸板贴在幻灯机上，并立起来（如图1）所示，对着凸透镜照射，通过调节使光具座上的玻璃光屏出现了缩小倒立的清晰的像，对着学生分析像距与物距的概念，并在黑板上画出光路示意图，做2-3组并记录此时的数据；移动透镜与光屏使之得到一个几乎等大的像（可用直尺测量），记录数据；将凸透镜移到离光源较近的距离，在远处放一大的白屏幕（或用投影幕布），调动得到倒立放大的像，也做2-3组并记录数据，利用黑板上记录的数据与学生一起分析概括规律，填写好研究凸透镜成像规律记录表。

③凸透镜成像规律应用：

I. 照相机原理：启动幻灯机，将挖有蜡烛形状的纸板贴在幻灯机上，并立起来（如图8）所示，对着照相机模型（自制）照射，在照相机后面的光屏出现倒立缩小的像，拉动纸盒外套可调节光屏与镜头的距离，模拟照相机的拍摄。

II. 眼睛结构与特点：用flash课件演示眼睛结构特点，然后启动幻灯机，对着眼睛模型（自制改装）照射，在模型后面光屏上出现倒立的像，（讨论如果比较模糊如何使其得到清晰的像？），然后演示近视与远视的纠正。

(3)、演示效果：

①测焦距（省略）。

②凸透镜成像规律。（如图6、图7）

③凸透镜成像规律应用：（如图8、如图9）

三、实验心得

通过本次实验改制实践，笔者对实验在科学教学体系的作用有了新的认识，希望下面的一些感受能引起同行的共鸣。

1、感受一：实验回归科学课堂

在新的科学教学体系中，教师角色已经从以往的那种“授业者”转变为“研究者、探索者、合作者、服务者”。科学实验教学也该如此，应抛弃以往的“口头式”、“黑板式”、“应试型”的实验教学，改变以往“教师教的枯燥、学生学的乏味”的现象，真正体现出学生成为学习的主人，正确引导学生能动手、思考，提出问题和质疑，并能解决问题，真正发挥科学实验教学的作用。

2、感受二：重视演示实验在实验教学中的特殊作用

演示实验是教师进行表演，并引导学生观察和思维的教学双方协调活动的实验，它具有特殊的魅力，容易激发学生的兴趣，提高教学效果。另外，由于新科学课程体系中非常重视学生的探究活动，所以以往的那种实验技能训练机会大大减少，教师就需要通过演示实验的教学帮助学生学习正确、规范化的操作技术和方法，并进行实验习惯的教育。所以在课堂实验教学中，我们教师必须要做好这一步。

3、感受三：加强实验习惯与态度的培养

以往在做光学实验时，学生的成功率总不是很高，但本次教学实践中笔者非常在做好演示的时候强调在实验中要应做好“观察、操作、记录、分析、整理”各个环节，特别注视学生在实验中的参与态度，结果发现学生小组在单位时间内的实验成功率有了很大的提高，这让我更加坚信，实验时的态度与习惯往往是导致成败的关键。。

4、感受四：教师须提高自身综合素质

教师必须提高自身的素质，才能更好地借助实验教学实现“三维”目标。

（1）教师应该具有新理念

教师应该不要拘泥于教材的束缚，敢于创设条件（如让学生制作学具、教师制作教具等），将课堂的某些演示效果不好的实验进行改造，加强演示效果或者改成学生探究活动。

（2）教师应该具备广泛的实验专业知识

苏霍姆林斯基曾经说过：“学生眼里的教师应当是一位聪明、博学、善于思考、热爱知识的人。” ，“为了使学生获得一点知识的亮光，教师应吸进整个光的海洋。”所以作为教师必须具备一定的实验专业知识，因为科学实验本身是一种科学探索的过程，对于实验的原理、实验的设计等必须具有很强的专业知识和技能。这对于提高学生的实验操作能力等起到了很重要的作用。

（3）教师应具有科学的实验室管理知识

教师不光要会做实验，更重要的是还要会管理好实验室，这样才能为学生实验提供有力的保障。所以教师必须做到学生实验“五会”：会管理；会准备实验；会辅导实验；会维修、保养仪器设备；会自制教具。

总之，随着新课改的稳定推进，教师在实验中应该大胆尝试，通过实验真正做到：“学生力所能及，教师避之；学生力所难及，教师助之；学生力所不及，教师为之”的新课程理念。科学教师要坚信：科学教学的基础是实验，实验教学的真谛是创新。