單元立場下的物理課時教學設計探討
——以“光的直線傳播”為例

(江蘇省無錫市江南中學,江蘇 無錫 214000)

1 教學設計背景

1.1 教材分析

蘇科版物理八年級上冊“光的直線傳播”一節的主要內容有兩點:一是光的直線傳播,二是真空中的光速。本課時內容不僅能解釋影子的形成、日食、月食等自然現象,更是幾何光學的基礎,為進一步探究光的反射、折射規律提供了必要的知識儲備。這部分知識與生活密切相關,而且實驗眾多、現象有趣,可大大提高學生的學習熱情和探究欲望。

1.2 學情分析

學生通過生活體驗以及小學《科學》的學習，已經對本課時內容有了一定的感性認識，知道光沿直線傳播,他們對自然界中的各種現象充滿好奇。但是對于剛剛正式接觸物理的學生來說,還缺乏經驗的積累,對科學探究的方法和基本程序的掌握比較欠缺,因此在教學策略上應以學生所熟悉的話題引入教學，讓學生在學習的過程中總結規律、掌握科學探究的方法,并逐步去理解和應用。

1.3 概念界定

單元不是單純指學習內容單位,還包含“學習內容、目標、方法、評價”等,“如何設計和制作一個機械模型”“如何認識光的傳播”等都可以視作一個單元。

單元設計既是課程開發的基礎,也是課時計劃的背景條件。它是課時計劃的指引,是“核心素養——課程標準——單元設計——課時計劃”鏈環的中觀層面的設計,其決定性的環節是核心素養,要整合不同的教學方略。設計的重點是目標的設計(明晰教學目標)、方法的設計(聚焦知識建構)與評價的設計(有效反饋)。

課時設計是基于課程標準，解讀教材知識結構,將單元學習內容分解為具體課時教學目標,并結合教材內容設計“探究活動”,思考以問題鏈為載體的“思維載體設計”和以探究實驗為載體的“資源載體設計”,從而對學生物理觀念的建立、科學方法的習得進行系統設計,對學生科學思維能力進行連續的培養。

2 設計思路

本單元第一部分內容可圍繞“測量距離”的話題,通過交流、分析，引導學生比較光和聲傳播特點的不同。在確定利用光測量月地間距的方案后,展開學生對光的傳播路徑的討論。此教學過程不僅體現了與前單元內容的相互關聯,而且將本單元各課時內容進行了有效的鏈接,體現了單元設計的思路。

第二部分主要是通過學生探究活動,建立“光在均勻介質中沿直線傳播”的物理模型。在傳播模型建立后,結合實驗和日常生活中的應用,用光的直線傳播解釋影子、小孔成像、日食和月食等現象。再引導學生思考光傳播路徑的其他模型,為探究光的反射、折射規律提供必要的知識鋪墊。

3 課時目標

(1) 了解光能在真空中傳播,知道真空中的光速。

(2) 能通過探究,歸納得出光在均勻介質中的傳播規律,進而能用光的直線傳播來理解影子的形成、小孔成像、日食、月食等現象。

(3) 了解我國古代及現代在光現象研究上的成就,知道中華文明對科學發展做出的貢獻。

4 教學重、難點

(1) 教學重點:通過實驗探究,了解光的傳播規律,建立“光在均勻介質中沿直線傳播”的物理模型。

(2) 教學難點:結合生活實際理解光的直線傳播。

5 教學流程

圖1

6 教學過程

6.1 測量物體間的距離

用PPT展示“聲吶測距”話題,隨后展開如圖2所示的教學“問題鏈”。

圖2

說明:設計本環節主要有三個目的,一是將聲、光進行知識比較,二是介紹真空中的光速、光線等相關知識點,三是由實際問題引出對“光的傳播模型”的研究，“光的傳播模型”如圖3所示。

圖3

6.2 建立光的傳播模型

請學生選擇課桌上合適的實驗器材，探究光在均勻介質中的傳播。實驗器材為:激光筆、噴霧器、一裝有水(滴有少量牛奶或豆漿)的燒杯、三個開有小孔的硬紙板、夾子、一根細棒、不含果粒的果凍等。

學生實驗后展示成果。

(1) 用噴霧器在激光傳播的路徑上噴水霧,可以觀察到光在空氣中的路徑是一條直線。

(2) 用激光筆發出的光束向滴了少量牛奶的水中投射,可以看到光在水中沿直線傳播。

(3) 用激光筆發出的光直接照射果凍,發現光在果凍中沿直線傳播。

(4) 用夾子把三個開有小孔的硬紙板固定,再用激光筆照射,透過三個硬紙板的小孔觀察到后方光屏上出現光斑,然后用一根細直棒穿過三個硬紙板的小孔,說明光在空氣中是沿直線傳播的。

引導學生歸納得出結論:光在均勻介質中是沿直線傳播的。

說明:鼓勵學生利用自己身邊的器具進行實驗,讓他們多嘗試、多思考,打破書本、思維的局限,像科學家一樣思考、探究。這樣的課堂探究更為開放、靈活,讓學生真正成為一個探究者,成為課堂的主人。學生合作探究出的成果由他們自己展示,不僅可以培養他們團結協作解決問題的能力,培養他們交流表達的能力,更能讓他們體驗到成功的喜悅,提升他們的自信心。

6.3 古今對光的直線傳播的研究與應用

(1) 我國古代學者對“光沿直線傳播“的現象曾做過許多研究

① 解釋影子的形成。北宋學者沈括所著《夢溪筆談》中有如下記載:“若鳶飛空中,其影隨鳶而移…”,意思是說,若老鷹在空中飛翔,它的影子隨老鷹而移動。

讓學生交流影子的形成,說明光在傳播的過程中,遇到不透光的障礙物時,在障礙物后邊會形成影子。教師用PPT向同學們介紹影子形成的光路圖，并告訴學生日晷就是利用光沿直線傳播來工作的。

② 解釋小孔成像。戰國時期的《墨經》中記述:“景到,在午有端,與景長,說在端。”“光之人，煦若射,下者之人也高,高者之人也下……”意思是:通過小孔成的像是倒立的。

讓學生使用自制的小孔照相機,觀察小孔成像的特點,并嘗試解釋原因。

(2) 引導學生思考光的直線傳播在現實生活中的應用，如激光準直、站隊看齊、擺齊桌椅、射擊瞄準、測距等。組織學生利用光的直線傳播知識將3根大頭針扎在泡沫塑料板排成一排,并交流方法和依據。

(3) 我國現代科研項目“夏商周斷代工程”中光直線傳播規律的應用

① 解釋日食、月食的形成。利用三球模型展示，結合視頻了解日食、月食形成的動態過程。

② 介紹“夏商周斷代工程”中利用日食、月食推算年代的做法。

(4) 組織學生利用激光測距儀模擬測量地月間距

在進行本環節教學時,應注重問題情境的設置,可以以影子的形成、小孔成像的歷史研究作為背景,結合學生的現場操作、觀察,激發學生的學習興趣,并通過分析、交流將光的直線傳播規律應用于實際生產和生活中。

7 課時作業

(1) 閱讀:課本P77有關歷史上測量光速的過程。

(2) 思考:在哪些情況下,光不是沿直線傳播的？為今后學習“光的反射”“光的折射”等內容提供鋪墊。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準(2011年版)[M].北京：北京師范大學出版社,2012.