核心素養視域下初中物理實驗探究教學

初中物理是一門綜合性學科。在這門課程中，教師所面對的最大挑戰就是如何讓學生對物理學習產生濃厚興趣，尤其是對比較抽象、理論性較強的光的知識產生深刻認知。在初中物理教學中，諸多學生表現出對物理的抵觸情緒，他們認為物理知識難懂、難學，與實際生活聯系不緊密。為此，本文采取實驗探究教學方法，以“光的直線傳播”為研究對象，通過一系列的實驗，讓學生自己去探索與發現，幫助學生了解光的基本原理，鍛煉學生的觀察能力、思維能力、實驗技巧和協作精神，提高學生的核心素養。

一、教材分析

人教版八年級物理上冊第四章第一節“光的直線傳播”是關于光的基本理論知識。經過本節課的學習，學生在觀察、動手操作和動腦思考的基礎上，能將所學知識運用到實際生活中，并用光的直線傳播來解釋生活中的一些物理現象。

學生在親身體驗的過程中可以提高學習動力，激發學習興趣和求知欲。從形成物理概念，到科學探究過程，再到科學論證的應用和分析均可提升學生的物理學科核心素養。

二、學情分析

1.在以前的學習中，學生雖然已經接觸了關于光學的一些知識，但普遍對光學知識了解不多。這一節是光學的基礎課。

2.八年級學生思想活躍，求知欲強，對許多自然現象都很感興趣。他們具有一定的實踐經驗，但無法將觀察到的事物與所學的物理知識相結合。

3.學生剛開始進行探索性實驗，缺乏設計實驗的經驗，但其有極強的動手能力。因此，教師要在教學過程中適時地給予一定指導。

三、教學目標

1.認識光源知識，并將其歸納為兩大類，如天然光源與人工光源；了解光線沿著直線傳播的條件、現象和應用；認識到光在真空中的傳播速度為c=3×108 m/s，在空氣中的傳播速度與在真空中的傳播速度差不多。

2.通過對光在空氣、水、玻璃等介質中的傳播和對小孔圖像的觀測，認識到實驗在物質問題研究中的重要性。

3.對各種介質中光線的傳播特性進行研究，學習對實驗現象進行分析和總結；運用結論科學證明了生活中光的直線傳播現象。

4.學生觀看示范及小組實驗，了解空氣中、水中及玻璃中光線的傳播特性，并通過此種方式訓練學生對科學知識的探索態度與方式，培養學生尊重客觀事實、實事求是的科學態度。通過研究夜間霓虹燈、手影戲、閃電等影像資料，使學生對物理知識產生濃厚的興趣，體會到大自然的奇妙。

四、教學重難點

（一）教學重點

1.學習光沿直線傳播，讓學生思考怎樣才能讓光出現，并研究光在空氣中、水中、玻璃中是如何傳播的。

2.掌握光沿直線傳播的應用知識。

（二）教學難點

將光速對比的物理知識運用到實際生活中。

五、教學過程

（一）情境導入課程，用眼睛去感受光

在核心素養視野下，初中物理實驗探究式教學中重視鼓勵學生自主探究，促使其在實驗中解決問題。在學習“光的直線傳播”這一較為抽象的物理知識時，教師通過情境導入與實驗探究內容，可以激發學生的學習興趣，提升學生的科學素養。

在均勻介質中光以直線方式傳播，這是一種基本的光學原則。此觀念對學生認識視覺現象、光影藝術及先進的光學技巧都非常有價值。在教學過程中，教師要先讓學生對生活中的光影現象進行觀察，如一束光線從窗口射入、樹葉之間形成斑點，從而對光線的直線傳播性質有初步的感知。同時，教師還可以利用多媒體數據如圖片、視頻等，介紹光線在自然界及人們日常生活中的應用，如日食、激光傳播等，以激發學生的求知欲與探索欲。

教師采用手電筒、紙片、小物品等，創設一種能夠直觀地顯示光線沿直線傳播的情境。如教師可以在教室內創造一個微暗的環境，手電筒作為光源，對著墻壁或白色幕布照射。學生圍坐在手電筒周圍，觀察光線的路徑。同時，教師可以在光線路徑中放置不同形狀的物體，如球體、立方體等，讓學生觀察物體背后形成的陰影，并討論陰影的形狀與物體形狀之間的關系。通過這個實驗，學生可以直觀地感受到光的直線傳播，理解光線遇到障礙物時的行為。為加深理解，教師可以引導學生進行一項更具探究性的活動——使用幾片不同顏色的透明塑料片，疊加在手電筒的光源前，觀察光線通過這些不同顏色的透明塑料片后在白墻上形成的色彩。通過這一活動，學生不僅能感受到光的直線傳播，還能初步接觸到光的色散現象，為后續的深入學習奠定基礎。

（二）創造實驗機會，了解光的直線傳播條件

★實驗1——光在空氣中傳播

以核心素養為視角的初中物理教學，注重以實驗探究為手段，培養學生的科學素養、創新思維和解決問題的能力。在“光的直線傳播”教學中，教師通過“光在空氣中傳播”的實驗，幫助學生了解光的基礎知識，讓其通過科學手段探究未知事物。

本實驗旨在使學生認識到光線在諸如空氣等均質介質中直線傳播的條件及特點，實驗所需的器材有手電筒，不同尺寸的硬紙板、薄的半透明紙或窗簾以及一間暗室和可遮蔽光線的環境。

實驗步驟如下：

1.準備環境：教師選擇一個可以部分遮光的教室或實驗室，確保環境足夠暗，使得光線的路徑可被清晰觀察。

2.初步探索：打開手電筒，對準空曠的區域，讓學生觀察光線在空氣中的傳播情況，引導學生注意到光線似乎是沿直線傳播的。

3.設置障礙：在光線路徑中依次放置不同大小的紙板，觀察紙板背后形成的陰影區域，引導學生探究陰影的形狀與紙板大小、形狀和光源距離的關系。

4.觀察和記錄：學生在不同條件下觀察光線的傳播情況，并記錄光線通過小孔或狹縫時的變化，了解光的直線傳播在不同條件下的特性。

5.理解和應用：教師利用半透明的薄紙或幕布，展示光線在遇到不同介質時的散射現象，進一步理解光的直線傳播條件。

教師應讓學生主動地參與到實驗中，并根據實驗結果給出相應解釋。在此基礎上，教師還可以指導學生將實驗結果與現實生活中的光線傳播現象相關聯，如陽光穿過窗子時的光斑、樹葉之間的影子等，使學生能把所學理論知識運用于現實中，提高學習的實踐性。此外，教師還可以運用仿真軟件、虛擬實驗等先進的教學手段，讓學生有更多機會去探究光線的傳播規律。

★實驗2——光在水中傳播

為了直觀地展示并讓學生了解光在水中的直線傳播條件，教師設計了以下實驗活動，促使學生觀察并理解光在從一種介質進入另一種介質時直線傳播條件的變化。

1.準備實驗材料

一個大透明玻璃缸或塑料容器、手電筒或小型激光筆、白色卡片或屏幕、米尺或直尺、水。

2.實驗步驟

準備工作：在半黑暗的房間內，將透明玻璃缸放置在桌子上，并緩緩加水至缸的■高度。

設置背景：在缸的一側外部放置一張白色卡片或屏幕，作為觀察光線傳播效果的背景。

光線照射：學生使用手電筒或小型激光筆，從水缸的一側向水中照射光線。為了清晰觀察光線在水中的路徑，光源應盡量貼近水面并保持一定的傾斜角度。

觀察記錄：學生從缸的另一側觀察光線進入水中的路徑，特別是光線進入水中和離開水面進入空氣時的變化，并使用直尺測量光線在水中的傳播路徑和角度。

變量探究：改變光線入射角，觀察并記錄光線在水中的傳播路徑是否有變化，以及光線從水中射出到空氣中時的路徑變化。

結果分析：學生討論光線在水中的直線傳播和從水中射出時的路徑變化，探討光在不同介質中直線傳播的條件和特性。

在實驗后，學生探討為何光線在進入水中后會略微彎曲，但在水中仍然大致沿直線傳播？同時，學生討論光線在不同介質中傳播速度的變化對光線路徑的影響。通過改變入射角的方式，學生觀察光線在水中的傳播路徑，理解光的直線傳播與介質的性質之間的關系。

（三）嘗試建設模型，提升學生的動手能力

為提升學生的動手能力，并深入理解光的直線傳播，教師可以設計一項建設模型的實驗活動，旨在通過學生自己制作模型來觀察和解釋光的直線傳播現象，從而加深學生對該物理原理的理解。

1.實驗目的

制作和使用簡單的光學模型，直觀展示光的直線傳播原理，并探索光線遇到障礙物時的行為。

2.實驗材料

·長直管（如透明塑料管或紙筒）

·小型激光筆或手電筒

·不透明材料（如硬紙板）、制成的障礙物（各種形狀）

·白色屏幕

·剪刀和膠帶

3.實驗步驟

模型準備：學生使用長直管作為模型的主體，模擬光的傳播路徑。管子的長度和直徑應允許光線在內部直線傳播而不受外部光線干擾。

障礙物設置：學生在管子的一端內部固定一些不透明材料制成的障礙物（如小圓盤、三角形或矩形），用以模擬光線在遇到障礙物時的行為。

光源定位：學生在管子的另一端放置小型激光筆或手電筒作為光源，確保光源發出的光線能穿過管子并直接照射到障礙物上。

觀察光線：學生將白色屏幕放置在管子障礙物端的對面，觀察并記錄光線通過障礙物后在屏幕上形成的陰影。

障礙物變換：學生更換不同形狀的障礙物，重復實驗步驟，觀察不同障礙物形狀對光線陰影的影響。

記錄與分析：學生記錄每種障礙物形狀下光線在屏幕上的陰影形狀，分析光的直線傳播如何造成不同形狀的陰影。

學生探討障礙物形狀對光線陰影形成的影響，理解光的直線傳播在形成陰影方面的作用。同時，學生進一步分析光線通過不同直徑的管子時，在屏幕上形成的陰影有何不同，從而理解光的直線傳播特性。在實驗中，學生可設計自己的實驗變量，如使用彩色透明塑料片覆蓋管子一端，探索顏色對光線傳播的影響或者在管子中加入一些小鏡子，進一步探究光線在鏡子反射后的傳播路徑。如此一來，學生在親手制作科學模型的基礎上，可以在實際操作和觀察中深刻理解光的直線傳播原理。這種以動手實踐為核心的教學策略，能有效提升學生的動手能力和科學探究能力，有助于培養學生的核心素養。

六、總結

以“光的直線傳播”為主題，通過實驗探究的方式加深學生對光基礎知識的了解，并提升學生的科學探索與實際應用能力。通過設計和開展光在空氣中的傳播、光在水中的傳播等實驗，學生對光在空間中的傳播規律有了直觀的認識，并培養了主動探究的能力。然而，在未來的教學過程中，教師還需要對實驗的設計進行改進，確保每位學生都能充分地參與到實驗中，使理論和實際相結合，從而提高教學質量，提高學生的核心素養。

（作者單位：甘肅省寧縣和盛初級中學）

編輯：趙文靜