基于核心素养的“光的反射”教学过程设计

任丽君

(常熟市实验中学,江苏 常熟 215500)

核心素养的育人价值,主要是引导学生通过物理课程的学习,形成适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品质和关键能力[1].在初中物理教学过程中,将核心素养的内涵和初中物理教学内容相融合是每一位初中物理教师的使命,也是每一位初中物理教师的责任.下面,笔者就构建基于核心素养的“光的反射”教学进行初步设计.

1 根据课程目标和学情,制定素养目标

1.1 课程目标

新课标中对“光的反射”提出的目标是通过构建物理模型、科学探究等方法相结合的实验课堂教学,了解光的反射现象并掌握光的反射定律,实现光的反射的应用与拓展[2].

1.2 学情分析

光的反射现象在日常生活中随处可见,学生对反射现象有一定的了解,对实际生活中反射的应用也有一定的认知.但是对部分前概念有不完全的认知,甚至可能是一些错误的认知,在光的反射定律的探究过程中,对“光线”中形成的空间几何关系的理解,学生存在学习盲区和难点.

1.3 素养目标

本节课的教学容量很大,包括如下内容:光的反射基本物理量的概念、光的反射定律内容、光的反射分类与应用等.笔者按照初中学生的认知水平,将该课程分为两个重点:第一个重点内容是运用魔术的方式引出教学课题,重点引导学生建模并运用科学探究的方法,研究光的反射定律和光路可逆性原理;第二个重点内容是光的反射分类与特征,以及平面镜成像原理等的应用研究,这部分内容是光的反射原理的进一步深化[3].

2 教学重点及难点

构建物理模型,通过创新实验探究光的反射定律是本节内容的重点,也是学生进一步理解平面镜成像原理以及凸面镜、凹面镜成像与应用等内容的基础;本课的难点是运用光的反射定律对平面镜成像原理的理解和利用平面镜改变光路的实际应用.

3 光的反射教学过程

3.1 引入“魔术”,直面物理冲突

初中生对物理的理解比较简单,形成的物理观念不系统,模糊不清,于是笔者借用他们生活中常见的物理现象和一般思维方法,建立了一个物理冲突,其目的在于引起学生对光的反射现象的注意.在课堂上,笔者先展示了一块光屏,让学生发现上面存在着一红一绿两个光斑,进而引导学生发现在光屏前放置的一个“魔术暗箱”,在其侧壁上放置了一上一下两个光源,光源穿过“魔术暗箱”的两边侧面玻璃板,传播出两条平行的激光光束.然后,笔者在“魔术箱”外的光束传播路径处喷洒水雾,引导他们描述并复习了光的直线传播.接着,笔者让一学生用一个挡板竖直插入“魔术箱暗”顶端的中央位置,挡在两个光源之前,学生发现其中一束光被挡住,光屏上的红色光斑消失,而另一束光却没有被挡住,光屏上绿色光斑还在原处.由此,引发了学生对“魔术暗箱”内部构造的好奇,借此笔者引出教学的主题——光的反射.

3.2 棉线替代光线,发展科学思维

从物理学视角看,科学思维是对客观事物的本质属性、内在规律以及相互关系的认识方式.科学思维首先需要构建一些物理模型,将其抽象概括,有时候还需要分析综合、推理论证物理方法.关于“光的反射”内容,笔者多次教学直接引入“法线”显得生搬硬套,学生不易理解“法线”存在的必要性和重要性.老式的演示实验器材成像效果一般,不立体,得出的结论不够严谨,不利于初识光学的初中生形成科学思维.带着这些问题,笔者决定改装实验器材以建立更科学的光的反射模型.

3.2.1观察光的反射现象

首先,在一个倒扣的半圆形玻璃器皿中央放上一块平面镜,为了看清光路,在器皿中点上一点香.然后,将激光器紧贴在半圆的玻璃面上斜照到器皿中的平面镜上,光的反射现象呈现得一清二楚.最后,不断改变照射角度,让学生可以从多个角度观察光的反射现象.

3.2.2思考光的反射光路

如何让学生确定光的传播路经,是研究光的反射规律的难点.如图1,笔者尝试将光的传播路径用生活中随手可得的棉线进行模拟.在课堂上,笔者让学生先在镜子上绕上两根十字交叉的橡皮筋,然后穿过橡皮筋的交叉位置,跨过一条棉线.拉直棉线的一头,用激光笔贴着棉线照到镜面上,在反射光的那一面用棉线的另一头去“找”反射光,当棉线两头都被照亮时,即光与棉线重合.用铁架台固定好棉线位置,取下光源,此时看得见摸得着的棉线模拟了看得见摸不到的光线,光的传播路径一目了然,将光线“可视化”.

图1 光的传播图径示意图

3.3 创新实践,经历科学探究

3.3.1观察模型,发现问题

笔者让学生利用棉线近距离“观察”光的反射后,让其利用游戏棒和花泥模拟“光的反射”,建立光的反射模型.大部分学生建立的模型是反射光线和入射光线关于入射点对称,且入、反射光线处在同一个平面,且这个平面与镜面垂直.笔者展示另一种模型:反射光线和入射光线也关于入射点对称,但入、反射光线所处的平面没有与镜面垂直.引导学生观察讨论两个模型的区别并提出问题:反射现象中,传播路径所在平面与镜面呈垂直关系还是倾斜的关系?大部分学生提出光的反射所在平面与镜面成垂直关系的猜想.

3.3.2创新实践,确定“法线”

笔者展示自制实验教具如图2,让学生主动参与实验过程:将一个大型的白屏先垂直固定在镜面上,白屏上紧贴一个激光器对准镜面.当激光器发出激光照射到镜面一固定点时,白屏上立即同时看到入射光和反射光,学生的猜想得到验证;当学生保持白屏上的激光照到镜面同一个位置,但不断改变平面上照射角度时,白屏上依然能同时看到两条光线,学生进一步验证了“反射光线和入射光线在同一平面内,且光的反射所在平面与镜面垂直”的猜想;当学生保持白屏上激光器照射的角度和入射点不变,只将白屏倾斜固定在镜面上时,学生们发现光屏上只能观察到入射光线而反射光线“消失”了,根据之前提出的猜想,让一学生尝试用另一个白屏“找”反射光线.当学生尝试成功后,笔者引导学生观察入射光线和反射光线的平面,发现它们仍然在同一个平面内,且与镜面成垂直关系.通过学生的多次尝试,大家达成了光的反射的一个共识,即无论入射光以哪个角度照到镜面的同一个入射点时,入、反射光线所在平面始终与镜面成垂直关系.而这样的无数个垂直平面有一个公共轴,该轴经过入射点,并且垂直于平面镜,由此引出“法线”这一概念.

图2 自制实验教具

3.3.3深入研究,寻找规律

学生再次拿出花泥“光的反射”模型,补充一根游戏棒充当“法线”后,笔者进一步引导大家经历光的反射规律的探究.针对“三线”是否共面、“两线”是否分居、“两角”是否相等的问题,学生通过实验逐步验证了他们的猜想,最后总结出光的反射定律.

3.4 应用拓展,解决实际问题

学生们了解笔者准备的视频中“塔式光热发电”装置后,便对该装置的工作原理产生极大兴趣,笔者便以此作为课题提出一系列问题:太阳东升西落,光会随时间推移而不断改变照射方向,如何保证同一个反射面上反射光照射的位置不变?平面镜角度如何精确控制?学生通过交流合作,最后学以致用,利用作图顺利完成知识的迁移,解决实际问题.笔者通过将光斜照到光滑表面和粗糙表面时的不同光路的展示和生活中各类反射图片,学生们了解了根据反射面的平滑程度,可以将光的反射分为镜面反射和漫反射,通过学生实验,让学生们总结出:镜面反射时,平行光照射到镜面上,反射光线也平行,反射光线集中,所以反射光较强;漫反射时,平行光照射到凹凸表面上,反射光线不平行,反射光线发散,所以反射光强较弱.通过学生作图,他们发现这两种反射都遵循光的反射定律.最后学生们学以致用,讨论并解决了雨后月光下迎光走和背光走时,如何走才不会踩到水潭中的问题:迎光走时,水潭处发生镜面反射,反射光进入人眼,会觉得那里很亮,而月光照到泥土上发生了漫反射,光线弱,会显得很暗,所以不能往亮处走,要往暗处走;而背光走时,水潭处依然发生镜面反射,但反射光线无法照入人眼,水潭处会显得很暗,但月光照到泥土上发生了漫反射,至少有光线进入人眼,因此泥土显得更亮了,所以不能往暗处走,要走亮处.

3.5 揭秘魔术,升华认识

话题再转回到新课前的魔术,该“魔术”是如何利用光的反射的呢?笔者鼓励学生猜想平面镜放置的个数和摆放要求,积极讨论,设计各式箱内构造,将他们的“作品”逐一展示后,最后由学生揭开“魔术箱”的神秘面纱.当把箱外遮挡物拿开后,大家看到了透明玻璃板的内部全景,“英雄所见略同”的自豪之情油然而生.

4 结束语

在初中物理教学中,教师更应注意让学生动手、动脑、动口,结合学生熟悉的生活情境展开实验探究教学.培养核心素养的最终目标是提升学生解决实际问题的能力,培养学生的科学素养和人文精神.笔者在“光的反射”教学中运用基于核心素养的五个过程,着眼于初中学生的最近发展区,鼓励初中学生积极钻研物理规律,教学活动由浅入深,体现物理课程独特的育人价值.