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初中物理仿真工具——光学应用说明

  物理学是人类科学文化的重要组成部分,是研究物质、相互作用和运动规律的自然科学。初中物理课程标准中,将科学内容划分为物质、运动和相互作用、能量三个一级主题。在新时代科学技术水平发展条件下,教师的备课和授课都面临着严峻的挑战。初中物理教学工具为教师在备课和授课过程中,解决两个层面的问题。第一、基础层面,解决教师课件中仪器、装置图、公式、符号、图表编辑问题。第二、高阶层面,帮助教师构建个性化的学习探究环境。

  下面以光学工具为例,展示怎样利用光学工具完成光学部分知识探究。
  仿真工具——光学
  在光学部分知识学习过程中如何让学生把光抽象成光线是个难点,我们的工具能直观的展示出光线与光学器件发生的现象。初中物理是一门注重实验的自然科学基础课程。光学部分的实验,虽然实验器材常见,对实验限制较小。但是,因为光本身的特性,对实验环境要求较高。加之学生均是在白天进行实验,实验现象更不易观察,有效的实验数据也较难获得。
  光学工具提供了点光源、光线、平行光线、白色光束、凸透镜、凹透镜、凹面镜、凸面镜、三棱镜等,每一种光学器件都有自己的属性。既可以实现光学现象的演示,又可以进行复杂原理的探究。教学应用环节、应用角度也可以更加多元化,适合不同层次的学生学习,同时提高学生的自主探究学习能力。

  1.简单组合演示现象
  根据不同的需求,用光线、平面镜、凸面镜等搭建一些常用的光学场景,便于学生的深入理解。例如:
  光的二次反射

  镜面反射和漫反射

  光路的可逆性

  2.复杂组合探究原理
  例如,在讲解平面镜成像的过程中,难点在于平面镜的成像特点、成像原理以及虚像。虽然学生会做“探究平面镜成像的特点”的实验,现象明显、直观,可以看到像和物的大小相同。后期通过刻度尺画线,又能证明像和物体到平面镜的距离相等等问题。但缺少进一步的深化和学生主动思考的过程,实验过程是安排好的,学生并没有自主探究的过程,他们仍然会产生疑问。虚像是怎样呈现的?与物体位置有关系吗? 等等其他问题。
  我们可以用光学工具搭建一个实验场景,学生可以用自由控制物体上的光线射到平面镜上,任意角度、任意方向。不断改变的过程中,学生会发现同一点发射出的光线射在平面镜上,他们的反向延长线都是交于一点的。

  多条光线射出后,物体的像跃然纸上,我们甚至可以画出每一条入射光线的法线,入射角等等,加深学生对知识本质的理解。

  3.设置任务驱动,提高学生的探究能力
在第二点中的举例,是正向使用工具,进行知识讲解。教师可以反向利用工具进行设置一个任务驱动,提高学生的学习兴趣。同样是平面镜成像这个题目,可以将其设置为,给学生N条光线,让学生找出物体的像或成像的物体。这样学生完全可以不受实验器材的限制,自由的进行探究学习。
  4.设置课堂小游戏,寓教于乐
将学生可能用到的光学器材都提供给学生,例如,怎样改变光的方向。



  也可以将场景搭建好,将光学器材遮盖住,让学生来猜测被遮挡的光学器材是什么。

  以上,从工具的简单组合展示现象、复杂组合探究原理,到不同环节,多维角度展现了光学工具的一些应用方法。当然,光学工具能够实现的作用远不止于此。各位教师快快动手,发挥聪明才智,构建更有趣的学生自主探究学习环境吧!

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