講透學科邏輯，滲透物理方法

何晉中

受澳門教育暨物理研究會的邀請，筆者擔任第十一屆全國青年教師課堂教學大賽澳門賽區選拔賽評委，澳門物理教師呈現了精彩的課堂，他們對實驗的準備、細節的處理等讓人深切地感受到澳門物理教育人的教育理想和教育情懷。筆者對初中老師展示的《光的折射》一節課印象非常深刻，這節課有不少地方給物理教師很好的啟示。《光的折射》是初中物理光學的核心內容，是初中光學中的重要知識，是后續教學的關鍵節點，對后面的色散及下一章《透鏡及其應用》有重要的奠基作用，且《光的折射》一節的教學可以很好滲透物理思想和方法。然而，現實中很多教師的教學僅停留于對光的折射現象的呈現和描述，這不僅增加了學生的記憶負擔，更未能使學生真正理解光的折射規律及其背后深刻的物理學本質。現結合澳門物理教師的課堂分享筆者對《光的折射》一節課的教學思考。

一、培育學生的問題意識

1. 讓學習從問題的源點開始

本節課老師帶領學生復習前面所學過的《光的傳播》一節中的觀點“光在同種均勻介質中沿直線傳播”，讓學生利用邏輯聯想這一觀點暗示了什么內容。在教師的引導下，學生通過閱讀、思考這一已學過的觀點，產生如下疑問：“光在不同種非均勻介質中還是直線傳播嗎？該如何傳播呢？”這樣通過復習舊知識，產生新問題，讓學生的學習從問題的源點開始，培養了學生的問題意識，也培養了學生的理性思維。

2. 通過有趣的現象產生問題

課堂中在引入光的折射一現象時，教師先在一個碗中放一個硬幣，讓學生站在某處觀察，恰好看不到硬幣，慢慢倒入水后，學生再從相同的角度觀察，發現碗里藏著一枚硬幣。由這一現象引發學生的思考，激發學生的問題，使學生產生學習的興趣。

3. 通過問題培育質疑精神

在探究光折射的特點時，先讓學生觀察光束在空氣中和水中的徑跡，然后讓學生畫出光路圖。為了描述這一現象引入入射角、折射角等概念后，拋出問題：在圖1中，為什么入射角是i，為什么入射角不是？琢呢？如果我們規定？琢為入射角，？茁為折射角，那么在作光路圖時不用引入法線豈不是更簡單呢？讓學生通過觀察現象后思考：是否存在有折射時沒有反射的現象，還是折射和反射必定同時存在？

通過這些看似不起眼的問題觸及物理最本質的東西，很好地激發學生思考，調動學生的學習熱情，培育了學生質疑的意識和能力。正如古人所云：“學源于思，思源于疑。小疑則小進，大疑則大進。”質疑意識與質疑能力對于學生的后續學習、長遠發展不可或缺，對國家、民族的科技創新更是十分重要。

二、滲透物理研究的方法

《光的折射》這一節課可以讓學生體驗物理科學研究的一般方法。物理上對物理現象的研究方法一般按照如下步驟進行：首先觀察現象，然后用語言（文字語言、數學語言）描述現象，在描述現象過程中引入一些物理名詞如物理量、物理概念等，最后再進一步定性或者定量地探究物理現象的規律，并抽象出一般的規律。本節課的教學，教師先展示光折射的現象，讓學生觀察光的折射，然后讓學生畫出光路圖。為了描述這一物理現象對光的折射現象進行定義，引入入射光線、折射光線、法線、入射角、折射角、界面等有關名詞，并在光路圖上標出入射光線、法線、折射光線、入射角、折射角、界面等，通過實驗觀察結合光路圖總結出規律。光從空氣斜射入水中時的折射規律：折射光線與入射光線、法線在同一平面內;折射光線和入射光線分居法線兩側;光從空氣斜射入水中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角。總結該規律時可以讓學生回憶光的反射現象的規律，類比光的反射現象規律來進行。最后，讓學生思考并觀察，光線從空氣射入玻璃中又會怎樣？反過來從水中或者玻璃中射入空氣中又會怎樣？通過該環節的實驗與思考，把上述總結的規律拓展到更一般的情況：光從一種介質斜射入另外一種介質時，光線都會反生偏折，會產生折射現象。最后得到“在折射現象中，光路可逆”的結論。

三、講透物理內在邏輯

物理教學中只有講透物理現象背后的規律及其內在邏輯，學生才能理解物理學的本質，才能印象深刻，才能以不變應萬變。《光的折射》一節課中，教師應該要特別注意講清楚以下兩點。

1. 折射角為什么是i，不是？琢呢？

為什么要把入射角規定為是i，而不是？琢，體現了物理學上追求簡潔美的思想。把折射角定義為i，在對光的折射現象的更進一步的研究中，折射定律的表述為：（1）折射光線在入射面內。（2）入射角和折射角的正弦之比為一常數，若光從介質1斜射入介質2，用n1、n2表示兩種介質的折射率，用n21表示介質2相對介質1的折射率，則==n21。如果把入射角規定為？琢，折射角規定為？茁，折射定律的公式為=n21，作光路圖時不需要引入法線看似簡單了，但是其折射定律的表述就顯得很復雜，不符合物理上追求簡潔美的思想，也不利于我們進一步學習折射現象的規律。折射定律的表達式雖然在初中教學和考試都不作要求，但是給學生做一個簡單的介紹可以很好地激發學生學習物理的熱情，可以讓學生明白物理現象背后的來龍去脈，明白現象、規律背后的邏輯本質，才能記憶深刻，理解透徹。

2. 折射和反射同時存在嗎？

有不發生折射的反射嗎？有不反射的折射現象呢？實際上光的反射與折射是一起發生，物理前輩在研究的時候并沒有把光的折射和反射分開來研究，而是作為一個整體來思考，只不過是為了方便后人學習，人為地把這兩個現象分割開來。學生已經學習了光的反射和折射現象，讓學生思考這樣的問題，使學習體現了從整體到部分再到整體的程序，為了研究光現象（整體）——分為反射和折射（部分）——折射和反射是有機統一的（整體），這可以讓學生對光現象、對物理有更高的認知。

四、簡單介紹“最小作用量原理”

根據學生的實際情況，給學生簡單介紹物理學上的“最小作用量原理”。首先，光在均勻介質中沿直線傳播，就是作用時間最短的例子，兩點間直線距離最短，沿直線傳播是光從A點傳播到B點的最快的方式。其次，如果光在傳播過程中要經過兩種不同的介質，比如從空氣中斜射入水中，如圖2所示，光在空氣中的傳播速度會比在水中略快。如果光還是簡單沿直線傳播則會用較少的時間通過空氣，但是會用較長的時間以較慢的速度通過玻璃。這樣的時間不會是最短的，光似乎“知道”自己該從哪兒通過，它會根據最小作用量原理選擇自己的路徑。介紹該原理的目的不在于學生是否掌握，而是讓學生了解折射背后更一般的物理原理。

五、首尾呼應，學以致用

在物理教學中，不少教師通過實驗、生活實例等來引入新課，這激發了學生的學習興趣，然而當新課結束時卻沒有對開篇的實驗、生活實例做出回應。這就沒有很好地發揮實驗的功能，也不能達到學以致用的目的。教學中應該要注意首尾呼應，在學習了新的知識后，應該要回頭看，利用新知識解釋引入新課時的實驗現象及生活實例，這樣整堂課的質量會得到提升，學生的認知水平也會得到升華。以《光的折射》一節課為例，在引入新課時通過實驗導入新課，在課堂接近尾聲時應該利用光折射的規律來解釋這一現象。如圖3所示，當碗里加水后，從碗底S點發出的光線，由水進入空氣時，在水面上會發生折射，折射角大于入射角，折射光線進入人眼，人眼逆著折射光線的方向看去，覺得這些光線好像是從它們反向延長線交點S′發出來的，S′就是S升高的虛像，所以人能看到碗底硬幣。如果碗中沒有加水，人眼睛看到是和反向延長線在碗的側壁上的區域，所以看不到碗底的硬幣。

責任編輯 ? 羅 ?峰