基于核心素養的“光的反射”教學過程設計

任麗君

(常熟市實驗中學,江蘇 常熟 215500)

核心素養的育人價值,主要是引導學生通過物理課程的學習,形成適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品質和關鍵能力[1].在初中物理教學過程中,將核心素養的內涵和初中物理教學內容相融合是每一位初中物理教師的使命,也是每一位初中物理教師的責任.下面,筆者就構建基于核心素養的“光的反射”教學進行初步設計.

1 根據課程目標和學情,制定素養目標

1.1 課程目標

新課標中對“光的反射”提出的目標是通過構建物理模型、科學探究等方法相結合的實驗課堂教學,了解光的反射現象并掌握光的反射定律,實現光的反射的應用與拓展[2].

1.2 學情分析

光的反射現象在日常生活中隨處可見,學生對反射現象有一定的了解,對實際生活中反射的應用也有一定的認知.但是對部分前概念有不完全的認知,甚至可能是一些錯誤的認知,在光的反射定律的探究過程中,對“光線”中形成的空間幾何關系的理解,學生存在學習盲區和難點.

1.3 素養目標

本節課的教學容量很大,包括如下內容:光的反射基本物理量的概念、光的反射定律內容、光的反射分類與應用等.筆者按照初中學生的認知水平,將該課程分為兩個重點:第一個重點內容是運用魔術的方式引出教學課題,重點引導學生建模并運用科學探究的方法,研究光的反射定律和光路可逆性原理;第二個重點內容是光的反射分類與特征,以及平面鏡成像原理等的應用研究,這部分內容是光的反射原理的進一步深化[3].

2 教學重點及難點

構建物理模型,通過創新實驗探究光的反射定律是本節內容的重點,也是學生進一步理解平面鏡成像原理以及凸面鏡、凹面鏡成像與應用等內容的基礎;本課的難點是運用光的反射定律對平面鏡成像原理的理解和利用平面鏡改變光路的實際應用.

3 光的反射教學過程

3.1 引入“魔術”,直面物理沖突

初中生對物理的理解比較簡單,形成的物理觀念不系統,模糊不清,于是筆者借用他們生活中常見的物理現象和一般思維方法,建立了一個物理沖突,其目的在于引起學生對光的反射現象的注意.在課堂上,筆者先展示了一塊光屏,讓學生發現上面存在著一紅一綠兩個光斑,進而引導學生發現在光屏前放置的一個“魔術暗箱”,在其側壁上放置了一上一下兩個光源,光源穿過“魔術暗箱”的兩邊側面玻璃板,傳播出兩條平行的激光光束.然后,筆者在“魔術箱”外的光束傳播路徑處噴灑水霧,引導他們描述并復習了光的直線傳播.接著,筆者讓一學生用一個擋板豎直插入“魔術箱暗”頂端的中央位置,擋在兩個光源之前,學生發現其中一束光被擋住,光屏上的紅色光斑消失,而另一束光卻沒有被擋住,光屏上綠色光斑還在原處.由此,引發了學生對“魔術暗箱”內部構造的好奇,借此筆者引出教學的主題——光的反射.

3.2 棉線替代光線,發展科學思維

從物理學視角看,科學思維是對客觀事物的本質屬性、內在規律以及相互關系的認識方式.科學思維首先需要構建一些物理模型,將其抽象概括,有時候還需要分析綜合、推理論證物理方法.關于“光的反射”內容,筆者多次教學直接引入“法線”顯得生搬硬套,學生不易理解“法線”存在的必要性和重要性.老式的演示實驗器材成像效果一般,不立體,得出的結論不夠嚴謹,不利于初識光學的初中生形成科學思維.帶著這些問題,筆者決定改裝實驗器材以建立更科學的光的反射模型.

3.2.1觀察光的反射現象

首先,在一個倒扣的半圓形玻璃器皿中央放上一塊平面鏡,為了看清光路,在器皿中點上一點香.然后,將激光器緊貼在半圓的玻璃面上斜照到器皿中的平面鏡上,光的反射現象呈現得一清二楚.最后,不斷改變照射角度,讓學生可以從多個角度觀察光的反射現象.

3.2.2思考光的反射光路

如何讓學生確定光的傳播路經,是研究光的反射規律的難點.如圖1,筆者嘗試將光的傳播路徑用生活中隨手可得的棉線進行模擬.在課堂上,筆者讓學生先在鏡子上繞上兩根十字交叉的橡皮筋,然后穿過橡皮筋的交叉位置,跨過一條棉線.拉直棉線的一頭,用激光筆貼著棉線照到鏡面上,在反射光的那一面用棉線的另一頭去“找”反射光,當棉線兩頭都被照亮時,即光與棉線重合.用鐵架臺固定好棉線位置,取下光源,此時看得見摸得著的棉線模擬了看得見摸不到的光線,光的傳播路徑一目了然,將光線“可視化”.

圖1 光的傳播圖徑示意圖

3.3 創新實踐,經歷科學探究

3.3.1觀察模型,發現問題

筆者讓學生利用棉線近距離“觀察”光的反射后,讓其利用游戲棒和花泥模擬“光的反射”,建立光的反射模型.大部分學生建立的模型是反射光線和入射光線關于入射點對稱,且入、反射光線處在同一個平面,且這個平面與鏡面垂直.筆者展示另一種模型:反射光線和入射光線也關于入射點對稱,但入、反射光線所處的平面沒有與鏡面垂直.引導學生觀察討論兩個模型的區別并提出問題:反射現象中,傳播路徑所在平面與鏡面呈垂直關系還是傾斜的關系?大部分學生提出光的反射所在平面與鏡面成垂直關系的猜想.

3.3.2創新實踐,確定“法線”

筆者展示自制實驗教具如圖2,讓學生主動參與實驗過程:將一個大型的白屏先垂直固定在鏡面上,白屏上緊貼一個激光器對準鏡面.當激光器發出激光照射到鏡面一固定點時,白屏上立即同時看到入射光和反射光,學生的猜想得到驗證;當學生保持白屏上的激光照到鏡面同一個位置,但不斷改變平面上照射角度時,白屏上依然能同時看到兩條光線,學生進一步驗證了“反射光線和入射光線在同一平面內,且光的反射所在平面與鏡面垂直”的猜想;當學生保持白屏上激光器照射的角度和入射點不變,只將白屏傾斜固定在鏡面上時,學生們發現光屏上只能觀察到入射光線而反射光線“消失”了,根據之前提出的猜想,讓一學生嘗試用另一個白屏“找”反射光線.當學生嘗試成功后,筆者引導學生觀察入射光線和反射光線的平面,發現它們仍然在同一個平面內,且與鏡面成垂直關系.通過學生的多次嘗試,大家達成了光的反射的一個共識,即無論入射光以哪個角度照到鏡面的同一個入射點時,入、反射光線所在平面始終與鏡面成垂直關系.而這樣的無數個垂直平面有一個公共軸,該軸經過入射點,并且垂直于平面鏡,由此引出“法線”這一概念.

圖2 自制實驗教具

3.3.3深入研究,尋找規律

學生再次拿出花泥“光的反射”模型,補充一根游戲棒充當“法線”后,筆者進一步引導大家經歷光的反射規律的探究.針對“三線”是否共面、“兩線”是否分居、“兩角”是否相等的問題,學生通過實驗逐步驗證了他們的猜想,最后總結出光的反射定律.

3.4 應用拓展,解決實際問題

學生們了解筆者準備的視頻中“塔式光熱發電”裝置后,便對該裝置的工作原理產生極大興趣,筆者便以此作為課題提出一系列問題:太陽東升西落,光會隨時間推移而不斷改變照射方向,如何保證同一個反射面上反射光照射的位置不變?平面鏡角度如何精確控制?學生通過交流合作,最后學以致用,利用作圖順利完成知識的遷移,解決實際問題.筆者通過將光斜照到光滑表面和粗糙表面時的不同光路的展示和生活中各類反射圖片,學生們了解了根據反射面的平滑程度,可以將光的反射分為鏡面反射和漫反射,通過學生實驗,讓學生們總結出:鏡面反射時,平行光照射到鏡面上,反射光線也平行,反射光線集中,所以反射光較強;漫反射時,平行光照射到凹凸表面上,反射光線不平行,反射光線發散,所以反射光強較弱.通過學生作圖,他們發現這兩種反射都遵循光的反射定律.最后學生們學以致用,討論并解決了雨后月光下迎光走和背光走時,如何走才不會踩到水潭中的問題:迎光走時,水潭處發生鏡面反射,反射光進入人眼,會覺得那里很亮,而月光照到泥土上發生了漫反射,光線弱,會顯得很暗,所以不能往亮處走,要往暗處走;而背光走時,水潭處依然發生鏡面反射,但反射光線無法照入人眼,水潭處會顯得很暗,但月光照到泥土上發生了漫反射,至少有光線進入人眼,因此泥土顯得更亮了,所以不能往暗處走,要走亮處.

3.5 揭秘魔術,升華認識

話題再轉回到新課前的魔術,該“魔術”是如何利用光的反射的呢?筆者鼓勵學生猜想平面鏡放置的個數和擺放要求,積極討論,設計各式箱內構造,將他們的“作品”逐一展示后,最后由學生揭開“魔術箱”的神秘面紗.當把箱外遮擋物拿開后,大家看到了透明玻璃板的內部全景,“英雄所見略同”的自豪之情油然而生.

4 結束語

在初中物理教學中,教師更應注意讓學生動手、動腦、動口,結合學生熟悉的生活情境展開實驗探究教學.培養核心素養的最終目標是提升學生解決實際問題的能力,培養學生的科學素養和人文精神.筆者在“光的反射”教學中運用基于核心素養的五個過程,著眼于初中學生的最近發展區,鼓勵初中學生積極鉆研物理規律,教學活動由淺入深,體現物理課程獨特的育人價值.