基于學生學科核心素養培養的物理規律教學探索

范傳東

摘 要：本文探索基于學生學科素養培養的物理規律課教學，以粵滬版初中物理八年級“探究光的反射規律”教學為例，通過學生對“法線”的自我發現和自主建構，促進學生物理觀念的形成，通過探究光的反射規律中三線空間位置關系，讓學生經歷光的反射空間模型構建和審辨過程，發展學生科學思維能力.

關鍵詞：物理規律，核心素養，自主建構，物理模型

文章編號：1008-4134（2020）08-0043 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

中學物理是以基本概念和基本規律為主干而構成的一個完整體系，其中基本概念是基石，基本規律是核心，基本方法是紐帶.物理規律是物理知識教學的核心內容，同時也是培養學生學科核心素養的重要載體.

下面以粵滬版初中物理八年級“探究光的反射規律”教學為例，談談在物理規律教學中培養學生學科核心素養的做法.

1 創設需求，自主發現，促進學生物理觀念的形成

愛因斯坦《物理學的進化》指出“在建立一個物理學理論時，基本觀念起到了最主要的作用，物理書上充滿了復雜的數學公式，但是所有的物理理論都起源于思想和觀念，而不是公式.” 物理觀念與物理知識有密切聯系，相互作用、相互影響，物理觀念的形成，要以物理知識學習和內化為前提，同時又超越知識，知識往往容易遺忘，但相應的物理觀念卻往往長存于學生的頭腦中.

在“探究光的反射規律”教學中，法線是其中一個重要的概念，它反映入射光線與反射光線空間的對稱關系，如何引入”法線”，讓學生明白引入“法線”的意義，是對光的反射具有空間對稱這一重要物理觀念形成的關鍵.

在傳統的教學中，教師往往對“法線”教學重視不足，通常教學是列舉生活實例，引出光的反射現象，然后介紹入射光線、反射光線、法線、入射角以及反射角等五個概念，這樣的教學直接、效率也高，但這種告知方式的教學，顯得生硬.教學之余，教師有困惑，學生真的明白法線的內涵嗎？學生也對“法線”知其然，不知所以然.如何創設需求，促進學生對“法線”的自我發現，自主建構？為此，我們采取如下教學.

1.1 教師演示，感知光的反射現象

教師利用激光筆、平面鏡在黑板上演示光的反射，學生觀察演示，教師介紹光的反射含義，介紹入射光線、反射光線和鏡面.

1.2 學生體驗，定性了解光的反射

如圖1所示，學生根據提供的實驗器材，動手實驗，觀察光的反射現象，教師引導學生，改變入射光線與鏡面的夾角，再觀察反射光線的變化，目的是讓學生定性了解反射光線與鏡面的夾角會隨著入射光線與鏡面夾角的變化而變化.

1.3 光路作圖，創設需求，自主發現“法線”

根據剛才實驗，教師請同學們用帶箭頭的實線表示入射光線和反射光線，在白紙上畫出光路圖，如圖2所示.教師引導學生，同一入射點，改變入射光線方向，在白紙上再畫兩組光路圖，引導學生觀察三組入射光線和反射光線位置特點，學生很快發現入射光線和反射光線可能有對稱特點，教師引導學生在剛才實驗白紙上畫出過入射點，垂直鏡面的軸線，并將白紙沿著軸線對折，學生發現入射光線和反射光線位置重合，驗證了反射光線與入射光線對稱特點.為了清晰反映這種對稱關系，我們把過入射點，垂直鏡面的軸線稱為法線.進而介紹入射角、反射角概念，引導學生進一步探究反射角與入射角相等關系.

到目前為止，學生在平面上認識法線，實際上，法線也是一個空間概念，學生對法線的認識，需要一個由淺入深的過程，對此，在下一步探究三線空間位置關系時，將進一步引導學生深化對法線概念的認識.

2 模型構建，探究三線空間關系，發展學生科學思維

通過前面光的反射探究，學生們知道入射光線、反射光線、法線、入射角以及反射角等概念，了解到反射光線與入射光線關于法線的對稱特點，在這個基礎上，如何引導學生進一步探究反射光線、入射光線和法線的空間位置關系？傳統教學中，教師常常先展示如圖3所示實驗裝置，然后進行演示實驗或學生分組實驗教學探究三線位置關系.這種教學簡單、直接，缺少問題情境的創設，知識學習缺乏必要的邏輯銜接，學生主動探究熱情不足.

建構主義理論認為：學生的學習是一個積極主動的建構過程，教師要為學生創設良好的學習環境，設置適當問題情境，引發學生的認知沖突，激發學生探究的熱情.為此，我們進行了如下的教學改進.

2.1 化虛為實，嘗試光的反射模型建構

在前面學習基礎上，請學生用三條長竹簽條分別代表入射光線、反射光線和法線，用泡沫薄板代替平面鏡，模擬光的反射，如圖4所示.

2.2 交流展示，提出三線空間位置關系問題

教師展示學生模擬光的反射模型，請學生觀察、比較不同組同學構建模型的異同.教師注意引導學生比較法線的方向，引導學生進一步認識法線是通過入射點，垂直于鏡面的一條空間直線.實驗中，多數學生注意到反射角和入射角相等關系，而不少學生也發現，有的組同學三線在同一平面，但有的組同學三線不在同一平面上.反射光線、入射光線、法線在空間上究竟有怎樣的位置關系呢？學生帶著疑問，進入下一步的探究環節.

2.3 自制實驗教具，探索三線空間位置關系

為了讓學生直觀觀察反射光線、入射光線和法線三線的空間位置關系，教師自制如圖5所示光的反射實驗立體演示教具，引導學生觀察.根據觀察情況，學生不難猜想到，反射光線、入射光線和法線在空間上有共面關系.再利用圖3實驗裝置，教師引導學生進一步實驗探究，得出三線空間位置關系.

2.4 矯正模型，深化對三線空間位置關系認識

請學生重新觀察剛才小組構建的光的反射模型，對錯誤之處進行矯正，進一步深化對反射光線、入射光線和法線三線空間位置關系的認識.

3 結束語

本文以粵滬版初中物理八年級“探究光的反射規律”教學為例，探索基于學生學科素養培養的物理規律教學，在“法線”的教學環節中，尊重學生已有的知識和經驗，突出學生對“法線”的自我發現和自主建構，引導學生對“法線”知識的理解和內化，促進學生正確物理觀念的形成.在探究光的反射中三線空間位置關系時，教師讓學生經歷光的反射空間模型構建和審辨過程，創新探究環節，創新實驗裝置，培養學生空間想象能力和建模能力，發展學生科學思維能力.

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（收稿日期：2020-02-20）