“光的反射定律”課例研究

王興剛 林樹艷

【研究背景】

一、研究主題的意義和價值

在中學物理教學中培養學生的核心素養，應充分了解物理核心素養的內涵和重要性，便于教師有的放矢地落實教學改革。結合物理學科的特點與教學要求，核心素養的內涵包括物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度和責任。通過分析物理學科核心素養的內涵發現，中學物理教學除了傳授基本理論知識以外，更要加強對學生知識運用能力的培養，注重引導學生“學以致用”，讓他們體會學習物理的樂趣與重要性，從被動學習變成主動學習，加深對物理知識的理解與應用。另外，核心素養與物理能力二者相輔相成，一方面只有提高學生的物理核心素養，才能真正增強學生的物理思維與物理能力;另一方面，學生的核心素養離不開物理學科知識的支持。因此，培養核心素養符合物理教學改革需要，也是落實物理教學目標的必要手段。隨著認識的深入，人類把關于周圍世界的知識分成不同的學科。這種人為的劃分具有更方便地描述事物不同類別性質的優點，但也喪失了對自然界的整體把握。然而，近代科學的進一步發展，特別是本世紀以來的科學進步，逐步揭示了物質的不同存在形式和運動形式之間存在著的內在本質聯系，發現了原來被分割開的各門學科之間的聯系和共性以及各門學科共有的最基本、最本質的概念，自然界的本質進一步得以顯示。因此，物理教學將培養符合時代發展需要的理想人才，使學生全面發展，讓學生整體地了解科學的發展及其與社會科學的相互滲透等。

二、選定研究課題的依據和過程

“光的反射定律”是初中光學的核心內容之一，是“光的直線傳播”的引申，也是實施“探究式”教學的有效陣地。本節課集物理現象、物理概念、物理規律于一身，學生通過本節課的學習，可以為下一步學習“平面鏡成像”鋪平道路，為學習“光的折射”奠定基礎，經歷提出問題、猜想與假設、制訂計劃、設計實驗、進行實驗與收集證據、分析論證、交流與評估這一完整的科學探究過程使科學探究能力得到充分鍛煉。

【研究過程】

教學目標：

1.知識與技能

（1）了解光在一些物體表面可以發生反射。認識光反射的規律，了解法線、入射角和反射角的含義。

（2）理解反射現象中光路的可逆性，了解什么是鏡面反射，什么是漫反射。

2.過程與方法

（1）通過實驗觀察光的反射現象，體驗和感悟“我們是如何看見不發光的物體的”。

（2）通過探究“光反射時的規律”，用實驗的方法獲得反射光線、入射光線和法線位置的關系，測量反射光線與法線、入射光線與法線的夾角，總結探究的結論，獲得比較全面的探究活動體驗，培養學生觀察能力、信息收集和處理能力以及分析概括能力。

3.情感態度與價值觀

（1）在探究“光反射時的規律”過程中培養學生的科學素養，鼓勵學生積極參與探究活動，密切聯系實際，提高科學技術應用于日常生活和社會的意識，養成實事求是的科學態度，在教學中滲透愛國主義教育。

重點與難點：

本節課的重點是用科學探究的方法得出光的反射規律、反射的可逆性。本節課的難點是用光的反射解釋一些簡單現象。

教學流程：

新課引入——

觀看一組圖片，思考：這是光的什么現象？

總結：光在同種均勻介質中沿直線傳播。

觀看第二組圖片：這又是光在傳播中發生的什么現象？

總結：反射、折射、全反射。

引入光纖通信，簡介光纖通信之父高錕。復習上節課內容，簡介丁達爾現象。

設計意圖：從反射和折射現象入手認識光纖通信，了解高錕，激發學生的愛國熱情和民族自豪感。從而引入課題。

光的反射定律——

用激光筆發出一束光線，射在平面鏡上，引導學生觀察一點、兩角、三線。在黑板上畫出反射圖，如圖1，熟悉與光的反射有關的幾個術語。

入射點O：入射光線與鏡面上的接觸點;

入射光線：射向平面鏡的光線;

反射光線：射出平面鏡的光線;

法線ON：通過入射點且垂直于鏡面的直線;

（提示：法線是為了研究問題方便而引入的輔助線，

本身并不存在，所以法線用虛線表示，一定要與光線的畫法區分開。）

入射角i：入射光線與法線的夾角;

反射角r：反射光線與法線的夾角。

設計意圖：為探究光的反射規律做好鋪墊

提出問題：反射光線、入射光線和法線在空間上有怎樣的位置關系？ 反射角和入射角有怎樣的大小關系？

設計和進行實驗：教師演示實驗，研究光的反射中三線的位置關系。選擇對光反射能力強的平面鏡做反射面，用白色硬紙板和白紙顯示光的傳播路徑。

（1）如圖2甲所示，先使E、F在同一平面，使入射光線沿紙板射向鏡面上的O點，觀察從鏡面反射的光線的方向;

（2）改變入射光線的方向，觀察反射光線的方向怎樣改變;

（3）按圖2乙那樣，把紙片F向前折或向后折，F上還能看到反射光線嗎？

（4）探究反射角和入射角的關系：用量角器量出反射角（r）和入射角（i）的大小，記錄角的大小并進行比較。

設計意圖：進一步熟悉科學探究的步驟和方法，掌握光的反射規律。多選擇幾個入射角是為了避免偶然性，發現普遍規律。

學生匯報實驗現象和得到的結論，師生共同分析總結出光的反射定律。

得出結論：①反射光線與入射光線、法線在同一平面內;②反射光線和入射光線分居法線的兩側;③反射角等于入射角。

說明：（1）光的反射定律可概括為十二個字：三線共面，法線居中，兩角相等。（2）反射定律的反射角等于入射角，不能說入射角等于反射角，因為先有入射，后有反射;入射在前，反射在后;入射是因，反射是果。

設計意圖：通過讓學生觀察得出三線在空間的位置關系。光的反射規律是一成不變的，所以光的反射規律可以稱為光的反射定律。

反射光路是可逆的——

問題引入：觀察圖片，思考為什么小聰能看到小貓的同時，小貓也能看到小聰呢？

實驗探究：略。

實驗結論：光在反射時光路是可逆的。

解釋引入的問題：因為小貓通過鏡子看到了小聰的眼睛，同時小聰也通過鏡子看到了小貓的眼睛。

結論：光在反射時光路是可逆的。

鏡面反射和漫反射——

問題引入：將一塊平面鏡放置在白紙上，用光去照射，你看到的是白紙更亮還是鏡子更亮？

在學生做出回答后，教師引導學生觀察演示實驗。首先給出兩種不同的反射面，用同一平行光去照射這兩種反射面，觀察反射光線的區別。

教師演示實驗：

設計意圖：通過觀察得出兩種反射的不同，讓學生加深對反射時光路可逆的理解，體會反射定律的應用。

說明：在這個環節中，教師首先要交代清楚實驗中器材的異同點。相同點都是平行光源，不同點是反射面的不同。這樣學生就很容易得出鏡面反射和漫反射在反射時的不同，使問題得到及時解決。以實驗為載體能真正調動學生的思維，學生的思維活躍了，經歷了規律得出的過程，也驗證了實驗這個載體的充分作用。

實驗結論：反射的種類及反射特點。

解釋引入的問題：白紙發生了漫反射，反射光線進入了你的眼睛;鏡子發生了鏡面反射，反射光線沒能進入你的眼睛。因此白紙看起來更亮。

討論與交流——

問題1：生活中有哪些裝置應用了光的反射知識？

問題2：光的反射現象給我們的生活帶來了哪些應用？產生了哪些危害？

小結——

1.反射定律內容;2.反射時光路可逆;3.反射的種類;4.反射的現象。

【研究的成效與反思】

一、課堂教學的成效

學生的角度：打破了游戲、體驗、復習等常規化的新課導入模式，從身邊的現象到知識的擴展均給學生耳目一新的感受，也升華了本節知識，對光纖之父高錕的介紹滲透了愛國主義情感，調動了學生的廣義思維。兩個引入既拓寬了學生的視野，又能夠體現從物理走向社會、走入生活這一教學根本目標。

教師的角度：本節課的實驗教學設計環節，將以往三條定律都放手給學生探究的模式改為前兩條教師演示，后一條學生充分探究的模式，這種模式既能讓學生印象深刻，也保證了學生的探究時間，使探究結論更具有普遍意義。教師在設置問題環節中按照“設問——演示實驗——討論得出結論——解釋設問”的模式進行，讓學生充分參與的同時落實了教學目標。

在教學中，教師要為學生的學習提供足夠的時間和空間，適當布置課外小制作、小實驗、探索實驗等，以增強學生的思維能力、動手能力、設計能力、與人合作能力、處理數據能力、創新能力等，從而培養學生的科學素養。課堂為學生提供充足的自主學習和與同學合作交流的時間，讓學生能夠平等地參與教學，克服心理障礙，大膽質疑。允許學生有不同的觀點，允許學生發生失誤和錯誤，鼓勵學生創新，開拓學生的知識領域，學生才更容易發現各知識之間的聯系，受到啟示，觸發聯想，產生遷移和連結，形成新的觀點和新的理論，達到認識上的飛躍。拓寬知識面也是培養學生科學素養的重要途徑，發展學生的創造性思維、培養學生的科學素養必須重視牢固的基礎知識和基本技能，因此，在物理教學中，教師要講得精，要讓學生學得透、練得巧。教師只有有意識地將科學方法和科學態度當作教學目標，才能巧妙地發掘、發展科學探究實驗這一載體，使之成為培養學生物理核心素養的有效手段。

二、主要成果和結論

演示實驗教學是教師經常運用的一種實驗教學方式，要求教師除按照實驗要求進行規范操作外，還需要注意以下細節：

1.操作前要向學生詳細介紹實驗的目的和原理，以提高教學實驗的有效性。

2.演示過程中要引導學生把注意力集中到要觀察的對象和環節上，以提高實驗教學的目的性。

3.演示儀器的位置要適宜，應盡可能在學生都能觀察到的范圍內，注意儀器設備安放的角度，提高教學實驗的直觀性。

4.演示儀器必須展示的部分應盡量醒目，以提高學生的注意力，減少觀察的盲目性。

5.演示過程中應配合適時的講解和手勢，充分啟發學生思考，引導學生發現問題，及時將學生的感性認識提高并概括，形成概念和規律。

6.演示結束后應及時把儀器從講臺上移開，以免分散學生的注意力或阻擋學生的視線。

以先進的教學理念進行教學，將傳統引入環節變成知識升級環節，不僅能讓學生學到科學知識，學到科學研究方法，增強科學能力，養成正確的科學情感、態度和價值觀，同時也能讓學生正確地認識科學、技術與社會的關系，提升學生的科學素養。教學設計貼近學生的生活，有利于讓學生從熟悉的生活現象中探究并認識物理規律，使學生認識到的物理知識及科學研究方法與社會實踐結合，讓學生體會到物理在生活與生產中的實際應用。這不僅可以增強學生學習物理的興趣，還可以培養學生良好的思維習慣和科學探究能力。在教學中展示教材內容和廣闊的信息資源之間的開放性聯系，滲透愛國主義教育，可使教材內外、課堂內外、學校內外的物理學習有效結合，提高學生的興趣及認知水平。