利用“光的反射”自制教具培养学生探究能力
孙晓兵
摘要：借助自制教具开展中学物理实验探究式教学是促进物理实验教学发展的有效途径，也是一种“教、学、做”合一的探究式学习方法的具体体现随着自制教具获得的不断发展，它的许多特点都与新课程标准的指导不谋而合，它是全面推进素质教育的一条捷径.
关键词：自制教具；光的反射；探究能力
物理教学实验，是根据一定的教学目的和教学需要，有选择地把一部分研究或探索物理现象和规律的实验或事实，在集中的时间内展示给学生，教给学生，用以帮助学生掌握知识和学习方法，培养能力，提高素养
《义务教育物理课程标准》（2011 年）指出要发挥实验在物理教学中的重要作用物理实验教学在人才培养方面有着极其重要的作用新课程标准中关于科学探究总结了七大要素，即：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作因此，物理实验探究式教学的基本程序可概括为引发问题→提出假设→设计实验→实验探究→分析总结→评估交流
在新课程标准背景下借助自制教具开展中学物理实验探究式教学是促进物理实验教学发展的有效途径，也是一种“教、学、做”合一的探究式学习方法的具体体现随着自制教具获得的不断发展，它的许多特点都与新课程标准的指导不谋而合，它是全面推进素质教育的一条捷径
现阶段，物理实验室已经具备一定的规模，能够满足学生基本的实验需要但是由于一些实验器材的设计有局限性，导致有些实验在操作上和引导学生探究上具有一定的弊端有的实验器材不能够引起学生的思考，只是让学生知道是这么回事，属于验证类实验器材，而不是探究型实验器材，现以“光的反射实验”为例进行说明
1“光的反射”现有实验装置的缺陷
现有的实验器材如图1所示，整个试验装置是由两塊木板组合而成，板子后面是两个小合页（如图2），板子前面固定一块小平面镜，使得右侧的木板可以向后折，不能向前折，用这个特点说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内
11这个实验装置有这样几个缺点
（1）板子的边框由于有个封条，所以与板子整体不是平的，使用激光笔的时候，激光笔发出的光线不是严格地贴着左侧的板子入射的，其实有一个小的角度，板子上的光线看起来不是那么清晰（如图3）
（2）右侧的木板可以向后折，但是不能向前折，更无法全角度弯折，只能验证反射光线只存在某一个平面内，而算不上真正意义上的探究而且固定的平面镜也限制了板子的转动，同时纸板与平面镜也只能是垂直的状态，无法成角度调节
（3）由于实验装置的限制，学生在操作时只能在这两块板上看见反射光线和入射光线，所以会强化记忆成反射光线与入射光线在同一平面内，而忽略了其实这个平面是由入射光线和法线所决定的平面因为法线并不存在，而且在实验的过程中始终没能把法线标记出来，所以学生在总结规律时也会忽略法线的存在
12这个装置对实验的不良效果
尤其是当学生面对有的实验题时，思维障碍点就突出显现出来了平时在探究“光的反射定律”实验时，进行如图4所示的实验操作让光线贴着纸板沿AO方向射向镜面，反射光线沿OB方向射出，如图甲所示，将右侧纸板沿ON向后折，在纸板上不能看到反射光线，在实验过程中，若将纸板倾斜，让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面，如图乙所示，此时纸板上是否能看到反射光线？
很多学生认为，纸板是一块纸板，反射光线与入射光线在同一平面内，所以只要入射光线在这个平面上，那么反射光线也一定在这个平面上他们的错误认识就是因为忽略了法线的位置，忽略了反射光线其实是在由入射光线和法线所决定的平面内的
2对实验装置的改进
针对原来实验装置的弊端所暴露出的问题，笔者带领学生对实验器材进行了如下改进：
（1）显示光路的纸板不能有边框（如图5）；同时纸板上可以贴有量角器，反射角与入射角的大小关系也同样可以探究
（2）两块纸板不仅能后旋转，还要全角度旋转（如图6）各纸板和底座接触的位置都嵌入小磁铁，满足旋转和稳定的需要另外，寻找反射光线时是真的去探索光线的位置，而不是只有局限的位置可以选择（如图6）；
（3）用另一个激光笔随时显示出法线的位置，在学生确定反射光线的同时看到法线的位置，确定三线共面（如图7）；
（4）两块纸板可以与入射面成角度摆放，不是只能垂直放置（如图8）；
（5）光源可固定，不用手持，让入射光线的角度保持稳定（如图9）；
（6）平面镜镶嵌到反射面内，不让它影响纸板的旋转（如图10）
此外，实验过程中可以针对实验现象适时提出问题，如当在图11的位置中找到反射光线后，可以提出问题：如何确定反射光线和入射光线在同一平面内？法线是否也在这个平面内？在实验过程中可以随时打开光源，显示出法线的位置.把两块纸板去掉，用一个整块的纸板放在与平面镜垂直的某位置就可以同时看到反射光线和入射光线，此时法线也在这个平面内如图12
3利用改进的自制实验装置培养学生的实验探究能力
利用自制教具，可以在实验过程中提出诸多具有探究价值的问题，以培养学生的发散思维和科学探究能力如：
（1）反射光线是否在入射光线和法线所在的平面内？
（2）反射光线和入射光线是否分居在法线两侧？
（3）反射角与入射角是否相等？
按照现在中考要求，也可以引导学生分别找出自变量、因变量和控制变量进行科学探究，写出实验方案、进行实验并加以评估在学生实验的过程中，始终以问题为中心，以实验为保障，以讨论为主线引导学生深入地思考，把验证性实验转变成探究性实验，开拓学生思路，发散学生思维，全方面培养学生实验探究能力
突破学生的思维障碍，提升学生的实验探究能力，对教师的分析能力、教材研读水平及教学设计能力都要求很高
例如，在光的反射实验中，学生们出现的问题集中在法线的建立和作用上，为什么要建立法线这一模型呢？
每一条入射光线和其对应的反射光线都可以呈现在各自的一个平面上如图13，从不同方向射向同一个入射点的对应光线都可以呈现在对应的平面上如图14
上述三个不同的面组合到同一个图中如图15所示，三个面相交于同一条直线ON，通过实验可以看出，用不同的平面承接不同角度（平面在底座的位置如图16）的光路时，ON在不同的平面上都能看见，所以这条直线对于找到过O点的反射光线至关重要，把该条直线抽象出来，如图17所示，由于它不是一条真实的光线，所以它在作图时要用虚线画出，通过用直尺测量发现，该条直线肯定过入射点，且与反射面垂直，因此把这样一条过入射点，且与反射面垂直的直线用虚线画出且定义为法线
4对利用自制教具培养学生实验探究能力的思考
41改变学习方式，促进知识建构
以自制教具进行物理实验探究式教学，要求在教学过程中，教师要摒弃掉以前课堂上主导者的身份，变成学生学习的合作者，在一个相对轻松愉快的氛围下引导学生进行实验探究，让学生有充分的话语权和主动权，而不再只是一个知识的接受机器，当学生从这种探究式的学习方法中获得成就感时，自然而然就会改变以前被动的学习方式和惰性的思维模式，积极主动的去学习、去思考学生是知识的主动建构者，必须主动参与整个学习过程，根据自己先前的经验，与他人协商、会话、沟通，在相互质疑的过程中，建构知识特别是对于大多数同学口中较难的物理学科，从被动到主动的这一转变过程，会让许多学生对物理这一学科有了重新的认识，学习好物理就不再是一件难事
42锻炼学生动手能力和实践能力
现实中的中学生，在应试教育“重分数轻能力”的大环境下，理论知识强，实践能力弱，极不符合社会的需要和国家的需求，而解决这一问题最直接的方法就是让学生参与到实践活动中来对于中学生而言，教具制作是符合学生心理特征和发展要求的综合性实践活动根据学习需要，指导学生自己制作教具，是培养学生动手能力和实践能力的重要途径教具制作前学生首先要去查阅相关资料，制定出合理的方案，接着寻找合适的制作材料、准备所需的工具，这些前期的准备活动，能够帮助其丰富生活经验，完成对事物的认知制作时，就真正到了考验动手能力的时刻了，怎么样使用锯齿，钻孔机应该怎样操作等等这些问题都影响着制作过程是否顺利，所以学生应该掌握各种劳动工具的使用方法和技巧，熟记注意事项，在实践中不断提升其动手能力教具初步制作完成后，还要对其进行调试、改进和反思，在上述活动进行后，最后的成品将用来进行实验探究活动在实验探究的过程中，学生可以更深入地思考问题，用物理学原理解释实验器材的优点和缺点，用实验器材探索未知的知识原理两者相辅相成，互相促进，学生的思维能力和解决问题的能力也将有所提高
43培养创造精神和科技意识
自制教具的设计是应用科技知识与教学经验进行的一种具有多种潜在价值的创造性活动，任何一件教具的制作都是经过一番思考，然后出现创意、构思和设计在实际的制作过程中，学生会发现自己的创造潜能，激起创造的欲望和兴趣，进而培养创新能力；而制作过程很多时候是艰辛曲折、充满挑战和困难的，失败和挫折再所难免，——坚持到底才能成功，能够培养学生的创新勇氣，锻炼创新意志；制作过程又是严谨求实、各具特色的，有利于培养创新个性和创新品质；制作方案的制定、制作材料的选取、制作工具和技术的使用都需要创造性思维的参与，更需要创造策略和技巧的使用，能够有效地提高学生的创新能力；制作成果的使用是对学生创造性劳动的最好奖赏和激励，能够点燃学生更大的创新热情同时，由于教具的创作和使用过程必然涉及科学知识与生产技术，在创造性思维物化的过程中，对学生的科技意识会起到强化作用
本文只阐述其中的一个例子，自制教具可以在很多课上进行尝试，尤其是现有实验器材不能满足学习需要时，可能一个小地方的改进都能取得突破性的进展学习是在不断地尝试中完善的，利用好自制教具，可以使教学效率大大提高，对学生探究能力的提升起到推波助澜的作用在基础物理教学中，将自制教具与实验探究式教学相结合，不仅有利于学生学习成绩的提高，激发并保持学生学习物理的兴趣，而且有助于培养学生的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神，最终达到提高学生科学素养的目的以自制教具开展中学物理实验探究式教学是课程改革的需要，是推行素质教育的强有力的手段在学生普遍认为“物理难”的今天，这项举措将会给物理教学带来一个全新的面貌
参考文献：
[1]李闷心中学物理自制教具的研究[D].福建师范大学，2014.
[2]李明以自制教具促进物理探究实验的发展[D].天津师范大学，2012.
[3]范亚颖中学物理实验自制教具开发过程中的案例研究[D].2013.
[4]袁国道，邢海根.诠释“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”新意[J].物理教师，2007，03
摘要：借助自制教具开展中学物理实验探究式教学是促进物理实验教学发展的有效途径，也是一种“教、学、做”合一的探究式学习方法的具体体现随着自制教具获得的不断发展，它的许多特点都与新课程标准的指导不谋而合，它是全面推进素质教育的一条捷径.
关键词：自制教具；光的反射；探究能力
物理教学实验，是根据一定的教学目的和教学需要，有选择地把一部分研究或探索物理现象和规律的实验或事实，在集中的时间内展示给学生，教给学生，用以帮助学生掌握知识和学习方法，培养能力，提高素养
《义务教育物理课程标准》（2011 年）指出要发挥实验在物理教学中的重要作用物理实验教学在人才培养方面有着极其重要的作用新课程标准中关于科学探究总结了七大要素，即：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作因此，物理实验探究式教学的基本程序可概括为引发问题→提出假设→设计实验→实验探究→分析总结→评估交流
在新课程标准背景下借助自制教具开展中学物理实验探究式教学是促进物理实验教学发展的有效途径，也是一种“教、学、做”合一的探究式学习方法的具体体现随着自制教具获得的不断发展，它的许多特点都与新课程标准的指导不谋而合，它是全面推进素质教育的一条捷径
现阶段，物理实验室已经具备一定的规模，能够满足学生基本的实验需要但是由于一些实验器材的设计有局限性，导致有些实验在操作上和引导学生探究上具有一定的弊端有的实验器材不能够引起学生的思考，只是让学生知道是这么回事，属于验证类实验器材，而不是探究型实验器材，现以“光的反射实验”为例进行说明
1“光的反射”现有实验装置的缺陷
现有的实验器材如图1所示，整个试验装置是由两塊木板组合而成，板子后面是两个小合页（如图2），板子前面固定一块小平面镜，使得右侧的木板可以向后折，不能向前折，用这个特点说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内
11这个实验装置有这样几个缺点
（1）板子的边框由于有个封条，所以与板子整体不是平的，使用激光笔的时候，激光笔发出的光线不是严格地贴着左侧的板子入射的，其实有一个小的角度，板子上的光线看起来不是那么清晰（如图3）
（2）右侧的木板可以向后折，但是不能向前折，更无法全角度弯折，只能验证反射光线只存在某一个平面内，而算不上真正意义上的探究而且固定的平面镜也限制了板子的转动，同时纸板与平面镜也只能是垂直的状态，无法成角度调节
（3）由于实验装置的限制，学生在操作时只能在这两块板上看见反射光线和入射光线，所以会强化记忆成反射光线与入射光线在同一平面内，而忽略了其实这个平面是由入射光线和法线所决定的平面因为法线并不存在，而且在实验的过程中始终没能把法线标记出来，所以学生在总结规律时也会忽略法线的存在
12这个装置对实验的不良效果
尤其是当学生面对有的实验题时，思维障碍点就突出显现出来了平时在探究“光的反射定律”实验时，进行如图4所示的实验操作让光线贴着纸板沿AO方向射向镜面，反射光线沿OB方向射出，如图甲所示，将右侧纸板沿ON向后折，在纸板上不能看到反射光线，在实验过程中，若将纸板倾斜，让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面，如图乙所示，此时纸板上是否能看到反射光线？
很多学生认为，纸板是一块纸板，反射光线与入射光线在同一平面内，所以只要入射光线在这个平面上，那么反射光线也一定在这个平面上他们的错误认识就是因为忽略了法线的位置，忽略了反射光线其实是在由入射光线和法线所决定的平面内的
2对实验装置的改进
针对原来实验装置的弊端所暴露出的问题，笔者带领学生对实验器材进行了如下改进：
（1）显示光路的纸板不能有边框（如图5）；同时纸板上可以贴有量角器，反射角与入射角的大小关系也同样可以探究
（2）两块纸板不仅能后旋转，还要全角度旋转（如图6）各纸板和底座接触的位置都嵌入小磁铁，满足旋转和稳定的需要另外，寻找反射光线时是真的去探索光线的位置，而不是只有局限的位置可以选择（如图6）；
（3）用另一个激光笔随时显示出法线的位置，在学生确定反射光线的同时看到法线的位置，确定三线共面（如图7）；
（4）两块纸板可以与入射面成角度摆放，不是只能垂直放置（如图8）；
（5）光源可固定，不用手持，让入射光线的角度保持稳定（如图9）；
（6）平面镜镶嵌到反射面内，不让它影响纸板的旋转（如图10）
此外，实验过程中可以针对实验现象适时提出问题，如当在图11的位置中找到反射光线后，可以提出问题：如何确定反射光线和入射光线在同一平面内？法线是否也在这个平面内？在实验过程中可以随时打开光源，显示出法线的位置.把两块纸板去掉，用一个整块的纸板放在与平面镜垂直的某位置就可以同时看到反射光线和入射光线，此时法线也在这个平面内如图12
3利用改进的自制实验装置培养学生的实验探究能力
利用自制教具，可以在实验过程中提出诸多具有探究价值的问题，以培养学生的发散思维和科学探究能力如：
（1）反射光线是否在入射光线和法线所在的平面内？
（2）反射光线和入射光线是否分居在法线两侧？
（3）反射角与入射角是否相等？
按照现在中考要求，也可以引导学生分别找出自变量、因变量和控制变量进行科学探究，写出实验方案、进行实验并加以评估在学生实验的过程中，始终以问题为中心，以实验为保障，以讨论为主线引导学生深入地思考，把验证性实验转变成探究性实验，开拓学生思路，发散学生思维，全方面培养学生实验探究能力
突破学生的思维障碍，提升学生的实验探究能力，对教师的分析能力、教材研读水平及教学设计能力都要求很高
例如，在光的反射实验中，学生们出现的问题集中在法线的建立和作用上，为什么要建立法线这一模型呢？
每一条入射光线和其对应的反射光线都可以呈现在各自的一个平面上如图13，从不同方向射向同一个入射点的对应光线都可以呈现在对应的平面上如图14
上述三个不同的面组合到同一个图中如图15所示，三个面相交于同一条直线ON，通过实验可以看出，用不同的平面承接不同角度（平面在底座的位置如图16）的光路时，ON在不同的平面上都能看见，所以这条直线对于找到过O点的反射光线至关重要，把该条直线抽象出来，如图17所示，由于它不是一条真实的光线，所以它在作图时要用虚线画出，通过用直尺测量发现，该条直线肯定过入射点，且与反射面垂直，因此把这样一条过入射点，且与反射面垂直的直线用虚线画出且定义为法线
4对利用自制教具培养学生实验探究能力的思考
41改变学习方式，促进知识建构
以自制教具进行物理实验探究式教学，要求在教学过程中，教师要摒弃掉以前课堂上主导者的身份，变成学生学习的合作者，在一个相对轻松愉快的氛围下引导学生进行实验探究，让学生有充分的话语权和主动权，而不再只是一个知识的接受机器，当学生从这种探究式的学习方法中获得成就感时，自然而然就会改变以前被动的学习方式和惰性的思维模式，积极主动的去学习、去思考学生是知识的主动建构者，必须主动参与整个学习过程，根据自己先前的经验，与他人协商、会话、沟通，在相互质疑的过程中，建构知识特别是对于大多数同学口中较难的物理学科，从被动到主动的这一转变过程，会让许多学生对物理这一学科有了重新的认识，学习好物理就不再是一件难事
42锻炼学生动手能力和实践能力
现实中的中学生，在应试教育“重分数轻能力”的大环境下，理论知识强，实践能力弱，极不符合社会的需要和国家的需求，而解决这一问题最直接的方法就是让学生参与到实践活动中来对于中学生而言，教具制作是符合学生心理特征和发展要求的综合性实践活动根据学习需要，指导学生自己制作教具，是培养学生动手能力和实践能力的重要途径教具制作前学生首先要去查阅相关资料，制定出合理的方案，接着寻找合适的制作材料、准备所需的工具，这些前期的准备活动，能够帮助其丰富生活经验，完成对事物的认知制作时，就真正到了考验动手能力的时刻了，怎么样使用锯齿，钻孔机应该怎样操作等等这些问题都影响着制作过程是否顺利，所以学生应该掌握各种劳动工具的使用方法和技巧，熟记注意事项，在实践中不断提升其动手能力教具初步制作完成后，还要对其进行调试、改进和反思，在上述活动进行后，最后的成品将用来进行实验探究活动在实验探究的过程中，学生可以更深入地思考问题，用物理学原理解释实验器材的优点和缺点，用实验器材探索未知的知识原理两者相辅相成，互相促进，学生的思维能力和解决问题的能力也将有所提高
43培养创造精神和科技意识
自制教具的设计是应用科技知识与教学经验进行的一种具有多种潜在价值的创造性活动，任何一件教具的制作都是经过一番思考，然后出现创意、构思和设计在实际的制作过程中，学生会发现自己的创造潜能，激起创造的欲望和兴趣，进而培养创新能力；而制作过程很多时候是艰辛曲折、充满挑战和困难的，失败和挫折再所难免，——坚持到底才能成功，能够培养学生的创新勇氣，锻炼创新意志；制作过程又是严谨求实、各具特色的，有利于培养创新个性和创新品质；制作方案的制定、制作材料的选取、制作工具和技术的使用都需要创造性思维的参与，更需要创造策略和技巧的使用，能够有效地提高学生的创新能力；制作成果的使用是对学生创造性劳动的最好奖赏和激励，能够点燃学生更大的创新热情同时，由于教具的创作和使用过程必然涉及科学知识与生产技术，在创造性思维物化的过程中，对学生的科技意识会起到强化作用
本文只阐述其中的一个例子，自制教具可以在很多课上进行尝试，尤其是现有实验器材不能满足学习需要时，可能一个小地方的改进都能取得突破性的进展学习是在不断地尝试中完善的，利用好自制教具，可以使教学效率大大提高，对学生探究能力的提升起到推波助澜的作用在基础物理教学中，将自制教具与实验探究式教学相结合，不仅有利于学生学习成绩的提高，激发并保持学生学习物理的兴趣，而且有助于培养学生的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神，最终达到提高学生科学素养的目的以自制教具开展中学物理实验探究式教学是课程改革的需要，是推行素质教育的强有力的手段在学生普遍认为“物理难”的今天，这项举措将会给物理教学带来一个全新的面貌
参考文献：
[1]李闷心中学物理自制教具的研究[D].福建师范大学，2014.
[2]李明以自制教具促进物理探究实验的发展[D].天津师范大学，2012.
[3]范亚颖中学物理实验自制教具开发过程中的案例研究[D].2013.
[4]袁国道，邢海根.诠释“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”新意[J].物理教师，2007，03
