在光學教學中提升學生核心素養(yǎng)的探索與實踐

王少生 邢海根

[摘? ?要]在光學教學中，引導學生用逆向思維分析問題，通過拆解光學組件，分析各組件的功能，再組合，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新素養(yǎng)。教師可以通過自制教具開展物理教學，提升教學實效。

[關鍵詞]逆向思維;創(chuàng)新實驗;核心素養(yǎng)

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）23-0047-02

一、引導學生用逆向思維分析問題，培養(yǎng)學生逆向思維能力

逆向思維是一種反向思維，表現為反其道而思，是對事物本質的全新認識。“磁生電”現象，就是用逆向思維獲得的一項重大成果，在許多發(fā)明創(chuàng)造中，逆向思維起了關鍵性的作用，如我國發(fā)明家蘇衛(wèi)星發(fā)明的“兩向旋轉發(fā)電機”、洗衣機脫水缸用軟軸代替了硬軸等。要培養(yǎng)學生的逆向思維能力，就要在平時教學中抓住契機，及時進行教學與訓練。

在學習光路的可逆性時，用PVC膠粘一個“V”形的管子，在管口內側壁安裝幾只高亮度發(fā)光二極管、紐扣電池及開關組成的電路，在“V”形管的底部粘一個小平面鏡，實驗時，閉合開關（使發(fā)光二極管發(fā)光），請兩位同學分別用一只眼睛貼著管口向管底觀看，問兩位同學分別看到了什么。

在學習漫反射時，教師投影一張漫反射圖片，問學生漫反射的光線是否一定不平行，再要求學生根據光路的可逆性原理，將箭頭全反過來，再觀察漫反射的光線是否平行。

在學習凸透鏡或凹透鏡的焦點時，教師投影一張圖片，先問學生該透鏡有幾個焦點，然后再問學生若讓平行光源從透鏡的另一側平行主光軸入射，會出現什么情況，最后再問透鏡有幾個焦點。

在學習光在水中折射成像時，學生大多知道：人看到水下的物體是物體的像，它的位置升高了。這時，教師可引導學生思考：水下的魚，看到岸上的物體，位置又是如何呢？

在學習用放大鏡觀察物體時，學生一般是將物體向放大鏡方向靠近，這時教師可讓學生試著將放大鏡向物體方向靠近;在做凸透鏡成像實驗時，學生按課本上“由遠及近”的步驟進行，教師可以啟發(fā)學生“反其道”為之。

經過多次學習與訓練，使學生形成逆向思考問題的習慣，學會用逆向思維分析生活、生產及未來社會中的現象，提升學生分析與解決問題的能力。

二、教會學生“拆解”光學組件，培養(yǎng)學生發(fā)明創(chuàng)新的能力

將兩種或者兩種以上的物件組合到一起，變成一個新的組合體，該組合體可能具有原有物件沒有的功能，這個新的組合體就成了一件發(fā)明。如哨子與水壺組合便成了現行的燒水壺，電爐與鍋組合在一起就成了電飯鍋，等等。拆解，就是將一件組合體按科學的方式進行分離，從而暴露出各部件的功能。要讓學生學會運用組合法來創(chuàng)新，可應用 “拆解”法來培養(yǎng)。

在學習潛望鏡時，可將其拆解成兩塊平面鏡與三根管子，要求學生課后利用這幾種物件自由組合，有的要求做成能看到地面上方的物體，如電能表的表盤;有的要求能看到地下的物體，如下水道中的物體;有的要求能看到水平方向且位于人體后方的物體，如身后的人。

在學習投影儀時，教師可將投影儀上的平面鏡拆下，讓學生觀察圖像的位置，讓學生發(fā)現平面鏡的作用，再將投影儀內的強光燈泡拆下，什么也看不見了，讓學生發(fā)現強光燈的作用。就這樣，讓學生明白各組件的作用，理解投影儀是如何通過組合而工作的。

在學習雙凸透鏡的望遠鏡時，教師先將目鏡拆下，讓學生從目鏡的位置觀察遠處的物體，學生發(fā)現有一個很小的倒立的實像，再裝上目鏡，再觀察遠處的物體，發(fā)現倒立的像變大了。這時學生發(fā)現物鏡的功能相當于照相機，目鏡的功能相當于放大鏡，使學生理解這種望遠鏡相當于是照相機與放大鏡組合而成的。

組合創(chuàng)新，實際上是利用逆向思維，先拆解，分析各部分功能，再組合實驗。這樣，時間一長，學生便發(fā)現要發(fā)明一種新功能的器件，可以取部分功能的物件進行組合，從而學會用組合法來創(chuàng)新。

三、加強創(chuàng)新實驗教學，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識

學生對用課本上的實驗器材做實驗，往往沒有“新鮮”感，但如果教師對實驗器材進行改造、設計，用自己的辦法演示實驗，學生就會感到“新奇”，它直接啟發(fā)學生要勇于探索、大膽創(chuàng)新，對培養(yǎng)學生的發(fā)散思維有著積極的作用。它具有一定的誘惑性，“引誘”學生模仿教師，搞小制作，做小實驗，這樣做的時間長了，便能有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力。

1.自制新型教具，研究光的反射規(guī)律

如圖1所示，是一個相互垂直的支架，兩側通過尼龍線與中間立桿上的螺絲構成一個三角形，立桿上豎直固定一根塑料桿，代表法線，在塑料桿正下方的直桿上貼一張反光膜，用兩根外壁貼有箭頭的空心鋁管顯示光路（沿管長方向將鋁管剪開，使管壁形成一縫隙，當光線沿鋁管的內壁照射時，從縫隙中便能看到光的路徑），鋁管外部通過一個很小的圓環(huán)與尼龍線相連，使鋁管能沿尼龍線，繞著入射點轉動，鋁管的下部用尼龍線拉緊，并將線頭固定在螺絲釘上，在豎直立桿上粘貼一個量角器。

實驗時，將左側的鋁管轉到45°角處，讓激光從左側鋁管入射，如圖2所示，可觀察到左側鋁管內的光線。轉動右側鋁管，開始看不到鋁管內有光線，當右側鋁管也移到45°角處，便能看到右側鋁管內的光線。改變入射角的大小，多做幾次實驗，便能得出“反射角等于入射角”這一結論。當兩鋁管與法線的夾角相等時，先用激光筆從左側鋁管照射，可以觀察到右側鋁管內的反射光線，再用激光從右側鋁管入射，在左側鋁管內也能看到反射光線，說明光反射時，光路是可逆的。

接下來觀察反射光線、入射光線、法線的關系，很容易發(fā)現兩條光線位于法線（豎直塑料桿）的兩側。

2.自制新型教具，研究光的折射規(guī)律

圖3是該教具的正面結構圖：一個帶量角器的圓盤1，半圓形的玻璃磚2，激光器3，拉線4與5，磁片6，鐵桿7。其中，帶量角器的圓盤的圓心處有一轉軸，圓盤可繞轉軸旋轉。圓盤的背面貼有小磁片，半圓形的玻璃磚的背面貼有鐵片，使半圓形的玻璃磚能吸在圓盤上，調整玻璃磚的位置，可使圓形玻璃磚的圓心與圓盤的圓心共軸。在激光頭處安裝一個螺絲釘，將一棉線頭固定，棉線直接拉到轉軸并繞轉軸半圈拉出，在拉出的線端固定一小磁片，以便在鐵質黑板上使用時，可以拉直棉線使之與光線重疊，便于觀察光路并記錄光路。在鐵桿下端固定一根棉線，線端系一個小磁片，可使該裝置在鐵質黑板上使用時，通過棉線的拉力使之呈豎直狀態(tài)。

圖4是該教具的背面圖：圓盤1，小磁片2，轉軸3，鐵桿4，調節(jié)棉線5，螺絲釘6，固定激光器的彈性繩7，激光器8。鐵桿上的螺絲釘（它可調節(jié)棉線的松緊與棉線到鐵桿面上的距離，它可使棉線與光線達到重合）、固定激光器的橡皮繩（可起半固定作用，在必要時，可旋轉激光器，微調射出光的方向）。

實驗時，一手持住鐵桿，打開激光器的開關，激光沿棉線顯示入射光線，輕輕旋轉圓盤，使光線與圓盤上的某一處線條對齊，該線條處的數字即為入射角的度數，同時可看到在圓盤平面上的折射光線，根據光線所對應的刻線處的數字，即可讀出折射角。同時還能看到較強的反射光線，如圖5所示。這樣很容易得出“三線共面”“兩線分居”的結論。

將該裝置直接貼在鐵質黑板上，由于三個小磁片為強磁片，整個裝置就吸在黑板上，同時用鐵桿上的拉線及磁片將鐵桿固定在豎直方向。此時，打開開關，可看到入射光沿棉線方向豎直射出，旋轉圓盤，改變入射角的度數，便可觀察折射角與反射角的大小，拉動轉軸處的棉線，使它與折射光線或反射光線重合，并用線端的小磁片將棉線固定下來，沿棉線方向在黑板面上畫出入射光線、折射光線、反射光線，分析光路，總結“兩角關系”。

通過創(chuàng)新實驗的教學，一方面能提高學生的學習興趣，使學生感到很“新奇”;另一方面，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新精神。教師長期堅持創(chuàng)新實驗，學生便學會自己創(chuàng)新。創(chuàng)新實驗教學，是提升學生核心素養(yǎng)的一種有效教學方法，是教師研究的永恒課題。

在光學教學中，核心素養(yǎng)中的“物理觀念”可通過以講解為主的直觀教學來培養(yǎng)，而“科學思維”需要通過作圖訓練、逆向思維訓練、推導與演算、教具創(chuàng)新來培養(yǎng)。教具創(chuàng)新是提升學生“實驗探究”素養(yǎng)的絕佳方法。當然，教無定法，貴在得法，教學實踐中要不斷探索與創(chuàng)新，通過多種方法組合與優(yōu)化，力求達到最優(yōu)教學效果。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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（責任編輯 易志毅）