初中物理实验现象可视化的课堂实践

方案，大大提高了实验的成功率，增强了现象的可见度，显著提升了学生的学习效率，调动了学生的学习积极性，从而使教学质量得到有效提升。本文主要围绕苏科版物理八年级上册教材中声音的传播、光的反射和速度三个内容，在课堂教学中就实验现象的可视化开展探究。

一、声音传播的可视化——用烟雾展示空气的传声作用

八年级教材第一章《声现象》中，第一节《声音的传播》，就声音在固体、液体、气体中是否可以传播开展探究实验。

【活动】探究声音的传播

1.将衣架悬挂在细绳的中央，当同伴用铅笔轻轻敲击衣架时，你能听到声音吗？声音是通过什么传到你耳中的？

2.在水中摇动小铃铛，你能听到声音吗？

3.将正在发声的手机或音乐芯片悬挂在广口瓶内，再抽出瓶内的空气，声音有何变化？

活动中，第一次实验基于学生的前概念，可以轻松知道敲击声通过空气传入人耳，并体验声音在固体中传播的结果。第二次实验，铃铛的振动直接可见。第三次实验，旨在展示声音可以在空气中传播，并依赖于空气和细绳等传声介质进行传播。但实际上学生并没有见到气体物质，并且缺乏对照活动。如果能在实验中展示部分空气被抽出，空气质量变小，同时听到的声音变弱，并增加对照组的实验活动，可以使实验更完善，且有效提升学生对气体传声的理解和记忆。

受自制温度计测温时液体着色的启发，又借鉴了生活中抽油烟机的作用，可在广口瓶中充入烟雾，通过烟雾变淡显示空气的抽离过程。应注意在抽出广口瓶内空气后，重新将含烟空气充入瓶中，让学生经历抽出空气，传声效果减弱，充入空气，传声效果增强的过程。这样不但可以直接让学生感知声音可以在气体中传播，而且还能有效展示声音的传播过程对传声介质的依赖性，从而推理出“声音不能在真空中传播”的结论。

进一步思考后，还可以考虑在瓶塞处（瓶底部）和手机表层贴附磁体，利用异名磁极相互吸引（同名磁极相互排斥）的作用，进一步避免细绳振动传声，使得实验过程更加纯粹。

二、光的直线传播、光的反射的可视化——用多种手法呈现光路

八年级教材第三章《光现象》，从光的直线传播到光的反射，都没有提出过呈现光路的策略建议，教材直到第四章《光的折射    透镜》第一节《折射》中“初识光的折射”活动建议中，才提出“为了清楚地看到光在空气和水中的传播路径，可在水面上方喷些烟雾，在水中滴几滴牛奶”。

但对教师的课堂教学而言，从光线模型的建立之初，就需要向学生展示光的传播路径。如何在“光的直线传播”“光的反射”中呈现光路，引入物理概念呢？通过长期的摸索与尝试，笔者归纳了以下三种方法。

1.用好白板，改装白板

白板是物理教师常用的呈现手段之一，借助于磁吸式分光器和激光笔，可以在白板上清晰呈现光沿直线传播的路径，看上去简单直观。

在“探究光的反射规律”的常规教学活动中，白板是教师熟悉的实验器材，笔者认为可以对白板进行简单改装，帮助学生获得更丰富完整的规律體验。考虑将呈现反射光路的白板沿图1（b）中ON右侧中间位置分割为两个部分，将上下两个部分分别沿ON向后翻折。在此过程中，学生可以在未翻折的白板上继续观察到光路，但在翻折部分光路消失。直接向学生展示，入射光线、反射光线和法线保持在同一平面内。

2.制造水雾，用好水雾

在最初建立光线模型的时候，如何帮助学生感受“光在均匀介质中沿直线传播”至关重要，教师常用的方法是借助水雾让窄光束呈现出实际的光路。

在“探究光的反射规律”的活动中，如果保留常规白板的使用方式，根据教材建议，只需要以图2中的法线ON为轴，将硬纸板的B面向后旋转，这时在B面上还能观察到反射光吗？由此可知：入射光线、反射光线和法线___________（在/不在）同一平面内。

但笔者认为，如果能在此时使用喷雾器，在反射光线所在位置喷洒水雾，使学生能观察到反射光线始终保持与入射光线、法线在同一平面内，这是对原有实验方案的良好补充与完善。

以上两种情况下，为了显示光路，大部分教师还是会采用分光器结合光屏的方法， 即让光路呈现在一个平面上。 该方法的不足之处在于，分光器所投射出的光线并不是严格意义上的一条光线，而是一排扩散开的光束，如果在光的反射实验中，真的用水雾再现反射光线，学生将会观察到一排散开的光束，这样的现象与所学习的知识不可避免地产生了认知冲突，甚至存在科学性错误，会对学生的认知产生干扰。同时，光线本身是一个三维空间上的事物，将其局限于二维光屏上，显得不够生动。

笔者受加湿器的启发，尝试用超声波雾化器制作水雾，此装置制造的水雾稳定，显示光路效果明显，在光的直线传播、光的反射、折射、透镜等几何光学实验中都可以产生很好的实验效果。

3.使用烟饼，制造烟雾

如图3所示，在空间内充入大量的烟雾，使用红色激光笔垂直入射到平面镜表面，显示法线的位置。再使用绿色激光笔显示入射光线和反射光线，并改变入射角的大小，入射光线的方向，帮助学生多角度感知光的反射过程。

此过程中的烟雾可以使用加湿器，也可以使用烟饼，效果都比较理想。

但如需对此过程中的入射角和反射角的大小关系进行探究，仍应在白板上描绘出光的传播路径，将入射光线和反射光线的路径固定下来，进行入射角和反射角的测量记录，用明明白白的现象进行比较，进而获得光的反射规律。

三、速度的可视化——用手机拍摄频闪照片

八年级教材第五章《物体的运动》第二节《速度》，有比较物体运动的快慢的实验探究，大致如下：

【活动】比较纸锥下落的快慢

按图4所示，剪两个等大的圆纸片，其中一个圆纸片剪取的扇形的圆心角比另一个大，再分别将它们粘贴成两个锥角不等的纸锥。

1.将两个纸锥从同一高度同时释放，哪一个纸锥下落得快？你是怎样比较纸锥运动快慢的？

2.有没有其他比较物体运动快慢的方法？

3.如果将两个纸锥从不同的高度同时释放，怎样比较它们运动的快慢？

本活动中，前两个项目的设计意图十分明显，旨在通过活动引导学生发现比较物体运动快慢的两种方法：相同时间比较路程;相同路程比较时间。通过课堂教学，学生在合作完成活动项目后，都能比較顺利地获得两种比较物体运动快慢的方法。但是，在进行第三个活动项目的时候，引导学生自发生成“单位时间”或“单位路程”的意识非常困难，在学习能力相对落后的学生群体中，这一情况表现更为明显。具体表现为，学生可以运用公式进行速度数据计算，但不能准确表达速度值的物理意义。

为了解决这个问题，帮助学生理解速度大小的物理意义，笔者认为可以在前两个项目的实验中，拍摄纸锥下落的频闪照片，将学生在活动中所见实验现象固定下来。比如，将时间间隔设置为0.2s，分别拍摄前两个项目的现场照片。教师依据照片向学生提问：这两次实验中，锥角不同的两个纸锥下落的速度相同吗？如果不相同，哪一次更快一些呢？你是怎样比较它们运动的快慢的？

通过观察频闪照片如图5，学生可以观察到，两组实验中纸锥下落的路程和时间都不相同，但分割成0.2 s的时间间隔后就可以继续用先前的方法“相同时间比路程”进行比较了。进一步引导，学生还能想到连续5次间隔的时间为1 s，产生“单位时间”的意识，为进一步建立速度大小的概念做好铺垫。

在课堂教学中，用手机软件就可以方便地拍摄频闪照片。本文向大家介绍的其中一种，是2018年索尼推出的一款拍照应用程序——Motion Shot（动态镜头）。它可以在课堂上随时随地拍摄频闪照片。

将学生经历过的探究过程的一部分影像固定下来，并针对图像所展示的信息进行分析，帮助教师实现教学环节的自然过渡，还能促进学生对物理知识的理解。

综上所述，在初中物理实验教学过程中，实验现象可视化确实是广大教师正在思考的有待完善的问题。在课堂外不断尝试，在课堂上不断实践，广大物理教师追求的是更加有效地激发学生的物理学习兴趣，更好地提高学生的学习质量。

[   参   考   文   献   ]

[1]  徐苑苑.思维可视化的教学研究[J].中国信息技术教育，2013（5）：70-74.

[2]  叶新东.未来课堂环境下的可视化教学研究[D].上海华东师范大学，2014.

[3]  孟根巴根，杭雅伦.水平思维的可视化教学实践与创新听课模式研究[J].民族高等教育研究，2016（6）：90-92.

[4]  黄葛鸿.“几何光学光路显示仪”的制作及应用[J].实验教学与仪器，2018（ Z1）：104-105.

（责任编辑 易志毅）

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