解析光的反射定律中的探究逻辑

方超 李德安

摘 要：探究型实验是初中物理实验教学的重要内容之一。合理的探究逻辑有助于让学生领悟物理探究的思维模式，构建探究型的思维体系，也会加强学生逻辑思维的锻炼。思维的渗透和能力的培养是物理教学中的重点和难点。笔者以探究光的反射定律实验为案例，从现象出发，建立模型，巧妙地引入数学对称思想，自然地切入猜想，合理地建立起本实验探究的三个方面：两角相等、三线共面和两线分居。让学生能体会到物理探究实验的逻辑性与严密性。

关键词：探究型实验；光的反射定律；探究逻辑；对称思想

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0063-2

1 建立探究逻辑的必要性

学生在学习完“光的反射定律”时，常常是记住了教材中的三个实验结论，而忽视了本实验的探究过程。究其原因就是教师在教学时，忽视了探究逻辑的建立，简单地用验证实验代替探究实验。

本节课的两大重点：一是规律的探究；二是规律的应用。而在课后练习中往往只强调对“两角相等”的应用，那我们在教学过程中为什么一定要去探究“两线分居”和“三线共面”呢？学生之所以会出现这种困惑确实值得每一个教学者去反思。

当没有合理的探究逻辑时，教学内容的展开自然会出现不合理性，教学效果也会偏离我们预定的教学目标。

2 模型的建立是探究实验的开端

本节课的引入可采用教材中的图片引入，也可以通过激光笔演示反射光路来引入，目的是提供情景，以便建立模型——两条光线和一个反射面。

情景之后，即可开始猜想两条光线的位置关系。由于学生在数学中已学习到轴对称，不难猜出模型中的对称关系。既然有了“对称”这个关键词，即可自然地从“对称轴”的概念出发提出“法线”的概念，进而自然地引入入射角和反射角的概念。（如图1所示）

3 让逻辑思维成为实验探究的指挥棒

猜想之后就是设计实验。为了证明两条光线的对称关系，学生一开始会想到去测量反射角和入射角。在此可就着学生的思路，探究反射角和入射角的大小关系。根据实验记录，可向学生渗透多次实验得到普遍规律的探究思想，并且锻炼学生分析数据总结规律的能力。

在得出反射角等于入射角之后，可提问：有了两角相等是不是就可以得出反射光和入射光关于法线轴对称？

在此可举出反例：如图2所示，在立体空间里，可以做到∠r=∠i，但是反射光和入射光并不关于法线ON成轴对称。因此，为了证明轴对称关系，我们有必要探究入射光线、反射光线和法线是否在同一平面内。此时我们可根据图3所示操作进行实验。通过观察现象，学生既可体验到纸板在本实验中呈现光路的作用，又可加深对于三线共面的理解。

在得出入射光线、反射光线和法线在同一平面后，可继续提问：有了两角相等和三线共面后是不是就可以得出反射光和入射光的轴对称关系？

此时教师可以再举出反例：如图4所示，AO和OB重合但反向，∠BON=∠AON且OB、OA和ON也在同一平面，但是显然此时的构图中OA和OB并不关于ON成轴对称。

因此，为了证明轴对称关系，有必要探究入射光线和反射光线分居在法线两侧。而此步探究较为简单，我们只需重复图1的实验，调整入射光线，观察入射光线和反射光线的分布情况，即可得出两线分居。

到此，同时有了两角相等、三线共面和两线分居的结论，我们就可以总结出反射现象中的轴对称关系了：即反射光和入射光关于法线成轴对稱。这也就是完整的光的反射定律。

在逻辑思维的指挥下，我们将光的反射定律的三步探究有机地整合到一起，并且可以环环相扣，层层深入，既符合学生的认知特点，由浅入深地理解光的反射定律，并且体验到数学和物理的学科联系，更重要的是通过这样的不同的探究过程，锻炼学生的多维能力。

4 小结

无论是从数理逻辑的角度还是从物理规律探究的角度，我们的教学目标都应该是重过程、重思想、重方法、重理念，而不是简单地对实验结论进行验证而忽视对于探究逻辑的挖掘。物理探究型实验的过程是从现象出发，建立模型，合理猜想，证实或证伪，最终得出结论。物理探究型实验的核心是在探究过程中培养学生的观察能力、建模的能力、设计实验的能力、处理数据的能力、总结规律的能力、逻辑思维的能力等[1]。而这其实正是新课标理念下实现三维教学目标的突破口。

参考文献：

[1]阮享彬.基于核心素养的物理课堂教学“三重”设计[J]. 物理教学探讨，2017，35（11）：16-18.