核心素養視域下初中物理實驗探究教學案例
——以“光的直線傳播”為例

盧 飛

(江蘇省連云港市大嶺中學,江蘇 連云港 222141)

1 結合學生生活實際創設物理學習情境,落實核心素養

1.1 結合實際創設情境

初中物理新課程要求物理教學要聯系學生的生活和學習實際,創設物理學習情境,培養學生的探究能力,培養學生的物理核心素養.現以初中物理的《光的直線傳播》為例,探討物理教學中學科素養的培養[1].

以下是課堂教學實錄:

師:同學們,請欣賞(播放視頻——多彩的光),學生觀看、思考.師:同學們,這些視頻中的風景很漂亮,說說有哪些漂亮的風景呢?生答(略).師:同學們說的很好,有雨后的彩虹七彩斑斕,秋天的風景絢麗多彩,城市的夜景燈火璀璨……這些都與什么有關呢?生:與光有關.師:光讓我們的世界豐富多彩,光給我們帶來了光明與視覺,光是哪些物體發出的呢?我們一起探究光的足跡,開啟光學之旅!教師出示一組圖片:太陽、螢火蟲、燈籠魚、點燃的蠟燭、發光的燈泡等等.師:同學們看看這些物體有什么共同的特點?生(舉手):能夠發光.師(板書)光源:能夠發光的物體叫做光源.師:同學們閱讀課本69頁第一二段,哪些物體是光源?可以分為幾類?并說明原因(時間2分鐘).生答(略).

1.2 核心素養落實體現

在該教學片段中,首先讓學生欣賞熟悉的生活場景,美麗的自然風光給人以美的享受,漂亮的夜景讓城市更有魅力,進而引領學生熱愛生活,保護生態,人與自然和諧相處,激發學生的興趣,直接切入主題,引導學生“探究光的足跡”,從而認識光源,光源的分類,進一步辨析月亮等反射光的物體不屬于光源.利用學生比較熟悉的生活環境作為素材引入課題,使學生感覺到學習物理并不困難,把學生的學習活動引向深入,自然順利地完成學習內容,學生思維能力得到提升,核心素養得以真正落地.

2 結合分組實驗和演示實驗得出規律,落實核心素養

2.1 在實驗設計中創設情境,在創新實驗中得出規律

把學生分成小組,教師為每個小組提前準備好器材:半燒杯的水(加少許牛奶)、橘黃色的果凍、小玻璃磚、小噴霧器、手電筒、激光筆等.師:請同學們猜一猜,光在空氣、水及果凍這些透明的介質中怎樣傳播[2]?生(1,2,3):可能沿直線,可能沿曲線,也有可能沿折線等.師:大家的猜想是否正確,我們應該用實驗來驗證.師(實驗前交代安全注意事項):6分鐘完成實驗后各組推薦同學匯報,并上臺展示.教師來回巡視并適當提供指導和點撥.師:時間到,各組推薦代表展示.同學們紛紛舉手回答并上臺展示,如圖1所示分別是光在空氣中、水中及果凍中沿直線傳播的展示圖片.

圖1 光在不同物質中的傳播

師:同學們剛才的展示效果很好,下面請觀察這個演示實驗,如圖2所示,這是我自制的玻璃箱水槽(長40 cm、寬15 cm、高30 cm),裝入適量的水,用綠色的激光筆從上方射向水中,用噴霧器噴出水霧來顯示光在空氣中的傳播路徑,當光從上方的空氣射向水中時,在界面處發生了什么?生答:光路不是直線.

師:由此證明了什么?生答:光單獨在空氣中或者單獨在水中沿直線傳播.師:觀察很仔細.請同學們繼續觀看下面的演示實驗,光真的是沿直線傳播的嗎?

如圖3所示,在支架上固定好小型的水槽,先用4個相同的大燒杯盛好一樣多且溫度相同的溫開水,4個燒杯中按4∶3∶2∶1的比例加入一定量的白砂糖,用玻璃棒攪拌均勻,這樣配制出不同濃度的糖水,按濃度從大到小的順序分別倒入水槽中,水槽內的糖水是不均勻的,這時用激光筆射向不均勻的糖水中.

師:請同學們觀察光在糖水中的傳播路徑,能看到什么現象?生:光在不均勻的糖水中發生了彎曲.

師:請一位同學上臺用玻璃棒攪勻糖水,再用激光束斜射入同種均勻的糖水中,師:又發生了什么現象?生:在均勻糖水中光是沿直線傳播的.

師:對比兩次演示實驗,能得出光沿直線傳播的條件嗎?請說一說,生:光在同種均勻介質中沿直線傳播.

圖2 光的傳播路徑 圖3 不同濃度糖水的傳播路徑

2.2 核心素養落實體現

該教學片段,教師把學生分成小組,并準備好實驗器材.首先讓學生從生活實際中舉出光沿直線傳播的一些實例,然后進行猜想光的傳播路徑,通過自己尋找實驗器材,小組合作完成實驗,從而驗證光沿直線傳播是需要一定條件的.在通過實驗探究得出結論的過程中,培養學生團結合作的能力.教師自制實驗器材,學生觀察對比兩次演示實驗后,能夠通過實驗現象得出規律[3].用這樣的探究方式來組織學生學習,由淺入深,層層遞進,按照“光如何傳播”的邏輯拆分為:(1)探尋光在同種介質中的傳播路徑;(2)探尋光在不同介質界面的傳播路徑;(3)探尋光在不均勻介質內部的傳播路徑.這樣做把單調的傳授知識轉化為通過實驗探究獲取知識,實現了從感性認識向理性認識的飛躍,培養學生歸納概括的能力,有效提升了學生核心素養的落實.

3 在實驗探究中引導學生學會發現問題、分析問題、解決問題,落實核心素養

師:既然光沿直線傳播,那么如何畫出它的路徑及其方向?如何描述呢?想一想怎么畫?哪位同學上來畫出來?一位學生走上講臺,在白板上沿著光的傳播徑跡畫了出來,如圖4所示,師:同學們掌聲在哪里?師:光是真實存在的嗎?生:是.師:光線是嗎?生:不是,是我們畫出的.師生總結:我們先畫出一條直線,并在直線中間的適當位置畫出箭頭,這樣就可以把光的傳播路徑和方向表示出來了.作圖時畫出的這條直線表示光的傳播徑跡,畫出的箭頭表示傳播方向(教師畫圖,如圖5所示),因此光線是畫出來的,是一種理想模型法.

圖4 光的傳播徑跡 圖5 所畫光的傳播方向

師:在生產生活中,光沿直線傳播有哪些應用?請同學們從我們身邊舉出一些實例.生(1,2,3):上體育課時、國慶閱兵時排隊看齊等等都應用了光沿直線傳播.師:同學們說得很好,如在實際生產中種植秧苗,植樹時種植成一排排等等都應用了這一道理.同學們繼續思考,在修建高速公路時要穿過大山,用什么辦法才能保證挖掘的隧道沿直線呢?(教師通過播放激光準直的視頻引導學生思考)生:應用了激光準直.

師:光沿直線傳播還可以用來解釋哪些生活現象呢?師引導學生分析影子的形成,手影游戲及皮影戲(生觀看圖片).師:現在桌面上有手電筒、乒乓球、小皮球、日晷、玩具手槍、蠟燭、火柴、紙杯(杯底有不同形狀的小孔)、小塑料袋、細橡皮筋等器材,同學們自選器材,給大家6分鐘時間,通過實驗探究光沿直線傳播現象的一些模擬實例,教師來回巡查指導.

師:時間到,請各組推薦代表上臺展示,上臺展示的小組可以獲得一些小禮物,希望同學們積極行動,各組展示一個,下一組不可重復,自愿的請舉手(同學們紛紛舉手),有請第1組代表上臺展示日食、月食形成的原因.生1簡述:用手電筒發光代表太陽發光,乒乓球代表月球,小皮球代表地球,當乒乓球轉到手電筒光和小皮球之間,乒乓球的影子投到皮球上,這時處在影區的人們能看到日食現象;同理當小皮球轉到手電筒光和乒乓球之間在一條直線上時發生的是月食現象.8組代表上臺展示日晷影子的形成,生2簡述:當手電筒光運轉時照射到日晷上,日晷桿的影子落在日晷面盤上,可以粗略測出時間.第10組代表上臺展示,生3用玩具手槍模擬瞄準射擊,應用了光沿直線傳播的道理.第12組代表上臺展示,生4簡述:利用蠟燭火焰、帶孔的紙杯,紙杯上用橡皮筋扎緊塑料薄膜,通過改變蠟燭的燭焰與杯底之間的距離,可以在塑料薄膜上觀察到燭焰倒立的像.成像原理通過觀察視頻并引導學生得出如下結論:(1)燭焰的光通過小孔后上下相反,所以像是倒立的實像;(2)在前面的實驗中改變了小孔的形狀,但實像不變,說明像與小孔的形狀無關;(3)改變燭焰到小孔的距離或者改變像到小孔的距離,像的大小會改變.

3.2 核心素養落實體現

在組織學生學習的過程中,學生完成實驗,探究了影子的形成、日食、月食及小孔成像的成因.教師介紹墨子發現了小孔成像的實驗原理,以實驗的來歷對學生進行熱愛科學、愛國情懷的思想教育,最后再通過視頻圖片進一步解釋得出小孔成像的三條結論.實驗是模型建構的條件,是形式邏輯思維的核心,是任何講述無法替代的;事實的呈現、得出結論離不開實驗,通過實驗才能將真實情境與現實模型建立聯系;實驗等實踐活動是促使物理教學走向物理育人的重要載體,實驗是用來發現問題的,也是用來解決問題的,在探究過程中讓學生真實體驗了光沿直線傳播解釋的一些現象,此環節緊扣實驗進行教學,讓學生看得見、做得到、信得過,學習效果較好,培養學生交流合作及應用知識的能力,學生核心素養得到進一步的落實和提升.

總之,在《光的直線傳播》教學中,通過情境設計、問題探討、交流互助、學生分組實驗、展示實驗及教師演示實驗等多種途徑來驗證光沿直線傳播的條件及其應用,讓學生通過小組合作完成實驗探究,得出結論,體現了“教師為主導,學生為主體,實驗探究為核心”的物理教學理念,有利于培養學生的思維能力和創新能力,有利于學生的核心素養在課堂教學中落細、落實.