以“光的折射”為例談物理核心素養(yǎng)的落實(shí)

林英

摘 要：用“光的折射”一節(jié)的課堂教學(xué)為載體，以培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng)為指向，論述從物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面實(shí)施課堂教學(xué)的策略。以生活、自然現(xiàn)象為切入點(diǎn)，培育學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任；以實(shí)驗(yàn)為載體，在課堂上培育學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維；以解釋生活、自然現(xiàn)象為依托，培育學(xué)生的物理觀念。

關(guān)鍵詞：光的折射；物理觀念；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任；科學(xué)探究；科學(xué)思維

十年樹木百年樹人，教書育人至關(guān)重要，在教學(xué)過程中，教師必須注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自我發(fā)展及社會(huì)需要。物理核心素養(yǎng)由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)維度構(gòu)成[ 1 ]。筆者通過“光的折射”的教學(xué)，淺談物理核心素養(yǎng)的落實(shí)。

1 以生活、自然現(xiàn)象為突破口，培育學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任對(duì)人的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)有決定性的導(dǎo)向作用，它包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)倫理等要素，是人的科學(xué)素養(yǎng)的核心要素[ 2 ]。“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”應(yīng)當(dāng)貫穿于物理學(xué)科教學(xué)課堂中，教師言傳身教，培育學(xué)生建立科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在探究光的折射規(guī)律前，筆者從以下方面進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以達(dá)到培育學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的目的。

展示“變錢小魔術(shù)”趣味性的演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的操作過程：課前事先在碗中放入硬幣，放在一定的高度讓學(xué)生剛好看不到碗底的硬幣。

【教學(xué)片斷1】

師：請(qǐng)同學(xué)們看，這是一個(gè)空碗，現(xiàn)在我要用這個(gè)碗進(jìn)行“變錢小魔術(shù)”。

師：往碗里倒入一定量的水。

生：老師真的能變錢。

師：老師真的能變錢嗎？

師：大家再來觀察老師將筷子插入裝有適量水的玻璃杯中，請(qǐng)大家從側(cè)面觀察筷子，看到什么現(xiàn)象？筷子被折斷了嗎？

生1：應(yīng)該沒有。

生2：好像筷子被折斷了。

師：取出筷子，筷子確實(shí)沒有折斷，我們的直觀感覺可靠嗎？

師播放神奇的自然現(xiàn)象：海市蜃樓。

師：在觀看視頻的過程中，思考海面上的高樓是真的嗎？

通過以上的實(shí)驗(yàn)及生活的神奇現(xiàn)象，筆者啟發(fā)學(xué)生正確對(duì)待生活現(xiàn)象和自然現(xiàn)象，眼見不一定為實(shí)，要用科學(xué)的知識(shí)去解釋這些現(xiàn)象，不要一味的盲從。初中的學(xué)生對(duì)生活和自然的現(xiàn)象往往既熟悉又陌生，陌生在于學(xué)生沒有科學(xué)的理論依據(jù)會(huì)被表面的現(xiàn)象所迷惑，所以筆者以生活、自然現(xiàn)象為切入點(diǎn)，培育學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

2 以實(shí)驗(yàn)為載體，在課堂上培育學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是物理規(guī)律探索的基礎(chǔ)，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生對(duì)規(guī)律的探索。所以無論是培育學(xué)生的科學(xué)探究能力的科學(xué)素養(yǎng)還是提升物理課堂品質(zhì)，實(shí)驗(yàn)是物理課堂必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 從生活、自然現(xiàn)象到物理實(shí)驗(yàn)探究需要教師的有效、積極引導(dǎo)

科學(xué)思維包括是對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式[ 3 ]，所以筆者根據(jù)生活和自然現(xiàn)象對(duì)其本質(zhì)的屬性、內(nèi)在規(guī)律有效和積極引導(dǎo)，幫助學(xué)生對(duì)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行理想模型的抽象概括。

【教學(xué)片斷2】

師：老師沒有本事真的能變出錢來，只是原來在碗底看不見的硬幣，老師加水后又能看得見，看到硬幣是由于硬幣反射的光進(jìn)入我們的眼睛，在此過程中光經(jīng)過的介質(zhì)有幾種？

生：水和空氣。

師：光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)，光的傳播方向會(huì)有怎樣的變化？老師在黑板上演示光從空氣射向玻璃。（如圖1乙）

師：光從空氣射向玻璃，光的傳播方向沿直線傳播嗎？

生：光的傳播方向發(fā)生了偏折。

師：光從空氣射向玻璃傳播方向一定發(fā)生偏折嗎？

師演示光垂直于玻璃表面射向玻璃，讓學(xué)生再次觀察光的傳播方向情況。在此基礎(chǔ)上筆者順利的將生活和自然的現(xiàn)象引導(dǎo)到今天我們要探究的光的折射規(guī)律。

2.2 將科學(xué)思維的培育貫穿于規(guī)律探究的實(shí)驗(yàn)過程

科學(xué)思維是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素[ 3 ]。

光的折射規(guī)律是在學(xué)生學(xué)過光的反射定律的基礎(chǔ)上，再一次探究光的另一種規(guī)律。所以筆者在進(jìn)行探究光的折射規(guī)律教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，復(fù)習(xí)了光的反射中的一點(diǎn)兩角三線相關(guān)概念的知識(shí)，滲透了物理類比思想幫助學(xué)生有效快速的建構(gòu)光的折射的相關(guān)概念，如入射點(diǎn)和折射角、入射角及折射光線、入射光線、法線，即一點(diǎn)兩角三線。復(fù)習(xí)光的反射定律中探究的是三線的位置關(guān)系、兩角關(guān)系及光路是否可逆的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生探究光的折射規(guī)律也是從這幾方面入手。

筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)中通過遷移數(shù)學(xué)知識(shí)兩點(diǎn)確定一條直線，在光的傳播過程中取兩點(diǎn)并用一條直線連接即可確定入射光線、折射光線，從而培育學(xué)生的建模能力。

【教學(xué)片斷3】

師：我們探究光的折射規(guī)律實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是將折射光線和入射光線畫出，同學(xué)們我們?cè)撊绾螌⑦@兩條光線畫出呢？

生：（思考，相互觀望）

師：你們已經(jīng)學(xué)習(xí)了兩個(gè)點(diǎn)可確定一條直線。

生：我們只要在光的傳播方向確定兩個(gè)點(diǎn)，我們就可以確定入射光線和折射光線。

師：在黑板上示范如何確定折射光線和入射光線，畫出光路圖。

2.3 將演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生由淺入深的體驗(yàn)物理規(guī)律的探究過程

教師為學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生未參與實(shí)驗(yàn)過程，對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)知仍停留在較淺的層面上。學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，能夠親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手實(shí)踐能力得到提高，思維能力也得到了全過程的啟發(fā)，對(duì)規(guī)律的形成有了較深的了解，能夠較為科學(xué)的應(yīng)用物理規(guī)律解釋生活現(xiàn)象、解決物理問題。

光的折射規(guī)律中探究三線的位置關(guān)系相對(duì)比較簡單容易觀察，由于學(xué)生在光的反射定律探究過程中已經(jīng)有所體驗(yàn)，所以筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)中僅僅以教師的演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生從感官上認(rèn)識(shí)光的折射規(guī)律中的折射光線、入射光線及法線的位置關(guān)系。

本節(jié)課重點(diǎn)探究折射角與入射角的大小定性關(guān)系、找出折射角與入射角的變化規(guī)律形成光的折射規(guī)律，筆者在探究這兩角關(guān)系時(shí)讓學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中使作圖的能力，建模的能力，準(zhǔn)確地找角的能力都能得到提高，并對(duì)光的折射相關(guān)的概念加深理解。

【教學(xué)片斷4】

（1）學(xué)生實(shí)驗(yàn)

師：光線斜射入玻璃：讓入射角變化（角度由小到大，或角度由大到小）畫出折射光線和入射光線，至少三次實(shí)驗(yàn)，觀察折射角的變化，比較在哪種介質(zhì)中的角度大。光線垂直射向玻璃，觀察光的傳播路徑會(huì)怎樣變化。一、二組完成光從空氣射向玻璃，畫出實(shí)驗(yàn)過程的光路圖，分別量出入射角、折射角并比較兩者大小關(guān)系（玻璃磚是半圓形的）

實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生正在體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)帶來的快樂如圖2，某學(xué)生收集的數(shù)據(jù)如表1。

師：三、四組完成光從玻璃射向空氣，畫出實(shí)驗(yàn)過程的光路圖，分別量出入射角、折射角并比較兩者大小關(guān)系（玻璃磚是方形的）

師：對(duì)收集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行交流討論，分析得出規(guī)律，展示其中某組學(xué)生的數(shù)據(jù)（如表2）

師：我們?cè)趺捶治鰯?shù)據(jù)呢？

師：我們要先對(duì)這兩組數(shù)據(jù)縱向比較，會(huì)的得出什么結(jié)論？

生：無論是光從空氣射向玻璃還是玻璃射向空氣，折射角隨入射角的增大而增大。

師：我們?cè)倏催@兩組數(shù)據(jù)橫向比較，光從空氣斜射向玻璃時(shí)折射角與入射角大小關(guān)系？

生：折射角小于入射角。

師：光從玻璃斜射向空氣時(shí)，折射角與入射角大小關(guān)系？

生：折射角大于入射角。

師：由此我們知道折射角不一定小于入射角，那這兩個(gè)角之間還有什么規(guī)律沒有？

師：光從空氣斜射向玻璃時(shí)，入射光線在哪種介質(zhì)中？

生：空氣。

師：光從玻璃斜射向空氣中，折射光線在哪種介質(zhì)？

生：空氣。

師：光線只要在空氣中相對(duì)應(yīng)的角就比光在玻璃介質(zhì)中相對(duì)應(yīng)的角大。

（2）教師演示實(shí)驗(yàn)

師：根據(jù)以上初步得到折射規(guī)律適合所有介質(zhì)的折射現(xiàn)象嗎？

師演示光從空氣斜射向水中，并且使入射角增大。

師：大家觀察到入射角增大時(shí)，折射角如何變化？

生：增大。

師：你們還能觀察到什么？

生：光從空氣斜射向水中，折射角小于入射角。

師演示光從水中斜射向空氣中，觀察到什么？

生：光從水斜射向空氣中，折射角大于入射角。

師：光線只要在空氣中的相對(duì)應(yīng)的角就比光在水介質(zhì)中相對(duì)應(yīng)的角大。因此光在空氣相對(duì)應(yīng)的角比光在其他介質(zhì)相應(yīng)的角大。由此可以得出光的折射規(guī)律不僅適用在空氣與玻璃還適用在空氣與水中。

筆者在設(shè)計(jì)探究折射角和入射角關(guān)系時(shí)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的重點(diǎn)是根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，培育學(xué)生學(xué)會(huì)縱向比較數(shù)據(jù)、分析、歸納總結(jié)光的折射規(guī)律中的折射角與入射角的大小的變化關(guān)系，折射角隨入射角的增大而增大；當(dāng)入射角等于零度時(shí)，折射角為零度即當(dāng)光垂直于介質(zhì)表面入射時(shí)光的傳播方向不變；培育學(xué)生橫向比較數(shù)據(jù)歸納總結(jié)出在空氣中的角（無論是折射角還是入射角）都比其他介質(zhì)中的角大。學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)如果僅僅單一的光從空氣射向玻璃或者光從玻璃射向空氣歸納得出來的光的折射規(guī)律可能存在偶然性，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)規(guī)律的探究應(yīng)該具有普遍性，所以筆者在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上再次設(shè)計(jì)教師的演示實(shí)驗(yàn)探究光在空氣和水中的傳播過程中是否也滿足光的折射規(guī)律。將教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，不僅可以提升物理課堂品質(zhì)而且還能增加學(xué)生在物理規(guī)律探究過程帶來的喜悅感。

3 以解釋生活、自然現(xiàn)象為依托，培育學(xué)生的物理觀念

物理觀念包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素[ 3 ]。本節(jié)光的折射學(xué)習(xí)就是以生活、自然現(xiàn)象引入，在學(xué)習(xí)探究光的折射規(guī)律后運(yùn)用光的折射規(guī)律解釋生活和自然中的現(xiàn)象。筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)中首尾呼應(yīng)，運(yùn)用光的折射規(guī)律解釋“變變錢小魔術(shù)”“筷子被水折斷”“海市蜃樓”現(xiàn)象。 在教學(xué)的過程中可以根據(jù)學(xué)生的能力強(qiáng)弱在解釋“變錢小魔術(shù)”時(shí)有所區(qū)別，學(xué)生能力強(qiáng)的班級(jí)筆者設(shè)計(jì)時(shí)讓學(xué)生運(yùn)用光的折射規(guī)律畫出光路圖，學(xué)生能力弱的班級(jí)筆者自己在黑板上畫變出硬幣的原因。促使學(xué)生將“筷子被水折斷”原因的光路圖畫出來。通過以解釋生活、自然現(xiàn)象為依托，培育學(xué)生的物理觀念。

4 結(jié)束語

培育學(xué)生核心素養(yǎng)的主要陣地之一的是課堂，因此物理課堂的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)，要依托于科學(xué)的、先進(jìn)的教學(xué)理念。在物理課堂教學(xué)中，學(xué)生在教師的有效引導(dǎo)下建構(gòu)物理觀念，并將建構(gòu)過程中的科學(xué)探究和科學(xué)思維吸收轉(zhuǎn)化為科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，完成物理核心素養(yǎng)在課堂上的落實(shí)。當(dāng)然并不是所有物理課均能全面培育這四個(gè)維度的物理核心素養(yǎng)，但要盡力讓每節(jié)物理課能根據(jù)其內(nèi)容有所側(cè)重，從而落實(shí)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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