基于核心素養(yǎng)的物理教學(xué)設(shè)計①
——以“光的反射”教學(xué)為例

徐卓偉 孫春成

(1.江蘇省南菁高級中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校,江蘇 無錫 214400;2.江蘇省江陰市青陽中學(xué),江蘇 無錫 214401)

1 引言

在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的背景下,如何緊扣時代脈搏,因地制宜地設(shè)計出高效、精彩的物理教學(xué)？優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計要求教師結(jié)合施教內(nèi)容,在現(xiàn)代教學(xué)理論的指導(dǎo)下,精準(zhǔn)研讀課標(biāo)和教材,精心設(shè)計教學(xué)流程,著眼于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。筆者以蘇科版物理八年級“光的反射”的教學(xué)為例,展示具體的教學(xué)設(shè)計,在尊重學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上,通過實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點(diǎn),發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2 “光的反射”的教學(xué)設(shè)計

2.1 情境導(dǎo)入,激發(fā)興趣

師:如果大家身處伸手不見五指的黑暗環(huán)境中,你能看到老師嗎?為了看到老師,你認(rèn)為手電筒的光應(yīng)照向哪里?

生:照向老師。

師:為什么把光照到老師的臉上,你們就能看到老師了呢?

生:因?yàn)楣庹盏嚼蠋煹哪樕习l(fā)生了反射,然后光進(jìn)入人眼,我們就看到了。

這樣的情境導(dǎo)入,方便易行,簡潔明了,學(xué)生全員參與,貼近生活,也為后繼的學(xué)習(xí)打下知識儲備。特別是手電筒發(fā)出的白光,在暗室中照射到教師的臉上出現(xiàn)的效果,可以引發(fā)學(xué)生的好奇心,拉近師生距離,并調(diào)動學(xué)生思維。

2.2 學(xué)生體驗(yàn),觀察現(xiàn)象

教師演示，將一塊平面鏡放置在地面上,激光筆向下照射平面鏡上。

師:同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了什么?改變照射的角度,你發(fā)現(xiàn)了什么?

生:天花板上光點(diǎn)發(fā)生了移動。

師:說明光發(fā)生了什么現(xiàn)象?

生:發(fā)生了光的反射。

師:我們看到了光點(diǎn),有沒有看到光的路徑?怎樣才能看到?

生:噴水霧或煙霧。

師:今天老師帶來了檀香,點(diǎn)燃檀香能生成煙霧,可是煙霧比較淡,而且會飄散,怎么辦?

生:用燒杯罩住。

教師邊講解邊演示，燒杯倒扣在玻璃上,將點(diǎn)燃過的檀香吹滅,迅速塞入燒杯內(nèi),再進(jìn)行觀察(圖1)。要求學(xué)生自己動手做這個實(shí)驗(yàn)，思考書本中的問題。

圖1

此環(huán)節(jié)安排了體驗(yàn)性活動，讓學(xué)生觀察光的反射。活動前的介紹一環(huán)套一環(huán),柳暗花明,引人入勝。給學(xué)生布置明確的觀察任務(wù),為后面的術(shù)語介紹做好鋪墊。

2.3 介紹術(shù)語,引出法線概念

在蘇科版教材中,關(guān)于光的反射的術(shù)語用“信息快遞”的形式直接給出,這樣的處理方式符合學(xué)生的認(rèn)知水平。如果深度挖掘法線的引入問題,有化簡為繁之嫌,既不符合教材要求,也不貼近學(xué)生實(shí)際,反而會影響后面的探究。所以,對法線的引入進(jìn)行簡單化處理,以“信息快遞”的形式給出,不失為一種好辦法。

但是,教材在“信息快遞”前安排學(xué)生觀察、進(jìn)行體驗(yàn)性活動,并布置了明確的觀察任務(wù),學(xué)生此后必然有一個活動成果交流反饋的過程,教學(xué)上如何處理?同時,法線的引入,體現(xiàn)了物理對稱的美,教師在此向?qū)W生滲透物理觀念也很有必要。

師:怎樣才能讓入射光、反射光重合?

生:垂直入射。

師:讓光從重合位置向左(右)偏,反射光向右(左)偏,它們相對某個軸對稱(點(diǎn)到為止,一帶而過,為后面輔助線的添加埋下伏筆),它們偏轉(zhuǎn)的角度大小關(guān)系怎樣?

生:相等。

師:是否一定相等呢？稍后我們用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。為了測量這兩個角度,我們要引入一條輔助線,大家說說看,輔助線怎么畫?

生:過入射點(diǎn)垂直于平面鏡。

師:我們把這條輔助線稱為法線,入射光線與法線的夾角叫入射角,反射光線與法線的夾角叫反射角。

以上的處理方式既兼顧到了法線的處理要簡單明了,貼近教材要求,符合學(xué)生的認(rèn)知水平,也兼顧到了學(xué)生探究成果的交流分享,同時也點(diǎn)出了物理的對稱之美,順利進(jìn)入下一環(huán)節(jié)——探究光的反射定律。

2.4 自主體驗(yàn),探究規(guī)律

在規(guī)律探究的過程中,有教師采用先易后難的方式,即先測量兩個角度的關(guān)系,再探究三線位置關(guān)系。只有在知曉三線位置關(guān)系的基礎(chǔ)上,才能進(jìn)行兩角大小的測量,從而得到兩角大小關(guān)系。因此,對三線位置關(guān)系如何探究并順利得出結(jié)論？這一教學(xué)難點(diǎn)必須得到突破。

教師介紹實(shí)驗(yàn)裝置，演示木板能折疊,并演示光的反射(圖2)。

圖2

師:通過什么來呈現(xiàn)光路?

生:木板。

師:這塊木板叫做光屏,木板接縫相當(dāng)于法線,光在發(fā)生反射時,入射光線、反射光線、法線三者位置有何關(guān)系?

生:反射光線、入射光線分居法線兩側(cè)。

師:反射光線、入射光線、法線位置還有什么關(guān)系呢?

生:在同一平面內(nèi)。

師:它們一定是在同一平面內(nèi)嗎?是不是有特殊的情況?有沒有可能反射光束在光屏后面?如何驗(yàn)證?

生:向后翻折光屏。

介紹光屏的時候,要演示光屏翻折的方法。當(dāng)光屏翻折到同一平面時,垂直于玻璃板放置,讓光入射,學(xué)生自然就能想到三線共面,這樣就順利突破了一個教學(xué)難點(diǎn)。接下來,教師提問：反射光束會不會出現(xiàn)在光屏后方？學(xué)生自然想到通過把光屏向后翻折來探究三線共面的問題。在教師的引導(dǎo)下,由學(xué)生自主思考,設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案,體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位,培養(yǎng)了他們的科學(xué)思維能力和探究能力。

2.5 立體演示,建立模型

師:反射光線能否出現(xiàn)在光屏前面呢?怎么來驗(yàn)證?

生:把光屏向前翻。

師:今天老師帶來了另一套實(shí)驗(yàn)裝置,用來說明這個問題。平面鏡放在水平轉(zhuǎn)臺上,一束激光豎直射向鏡面模擬法線,用掛熨機(jī)噴入水霧,顯示光路,另一束激光射向入射點(diǎn)(圖3)

圖3

師:你看到了幾條光束?如果用一只眼睛觀察,是不是總是能看到三條光束?有沒有一個角度,發(fā)現(xiàn)只能看到一條光束?這說明什么問題?

實(shí)驗(yàn)中教師慢慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺。

生:發(fā)現(xiàn)有一個角度,只能看到一條光束,這條光擋住了后面兩條光,說明了它們在同一平面內(nèi)。

市場主體具有顯著的“經(jīng)濟(jì)人”特質(zhì)，在利益最大化的驅(qū)使下，市場主體通常會排擠、打壓競爭對手，乃至試圖實(shí)行壟斷經(jīng)營，以獨(dú)占市場、獲取壟斷利潤作為追求目標(biāo)。市場主體追逐私利的本性極易將市場演變?yōu)椤按篝~吃小魚”的競技場，這種競技規(guī)則如果不加以引導(dǎo)和約束，就可能導(dǎo)致市場主體之間不擇手段地進(jìn)行惡性競爭，破壞公平有序的市場競爭環(huán)境,市場主體期待的經(jīng)濟(jì)自由可能最終淪為少數(shù)壟斷者的自由，從而危及國家經(jīng)濟(jì)秩序和社會整體利益。因此，完全寄望于通過市場的自發(fā)秩序來維系社會的發(fā)展并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)自由只是一種不切實(shí)際的空想。適當(dāng)?shù)墓苤瓶梢詮浹a(bǔ)負(fù)面清單模式的短板，使反壟斷和財富均衡獲得道義上的正當(dāng)性。

為了驗(yàn)證反射光是否在光屏前方,可以把光屏向前翻折,但是,因?yàn)檠菔竟獾姆瓷湫枰诩す夤P前安裝擴(kuò)束鏡,這樣,從光源發(fā)出的光是一條平行光帶。因?yàn)槭瞧叫泄鈳?把光屏向前翻時,仍能在光屏上看到發(fā)現(xiàn)反射光,這套裝置是不能驗(yàn)證反射光是否在光屏前方的。但此現(xiàn)象與本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容無關(guān),也不適宜在課堂上跟學(xué)生講透，教師要回避此問題。借助光反射的三維立體演示,目的是讓學(xué)生通過直觀的感覺,在前面探究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步得到三線位置的關(guān)系,有利于學(xué)生在頭腦中構(gòu)建光的反射模型,加深對光的反射規(guī)律的認(rèn)識。

2.6 學(xué)生板演,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

師:同學(xué)們能根據(jù)光的反射定律,畫出一條實(shí)際光線的反射光線嗎?

教師請一位學(xué)生在黑板上板演。

師:請你給同學(xué)們說一說你打算怎樣來畫反射光線?

生:先作法線,量出入射角,得到反射角,再畫出反射光線。

教師提議用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證畫得是否正確，將平面鏡吸附在黑板上,激光沿入射光入射,驗(yàn)證反射光線是否按所畫的路徑傳播。

師:這位同學(xué)畫得十分精確,這幅圖左右對稱,非常漂亮,體現(xiàn)了物理之美。

生:將沿原入射方向反射。

教師演示光路可逆，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的結(jié)論。

師:如果你做作業(yè)時,用小鏡子觀察爸爸媽媽,那么,爸爸媽媽也可以通過鏡子觀察到你,這是什么原理?

生:光反射時,光路可逆。

為了幫助學(xué)生形成物理觀念,除了要建構(gòu)知識體系,還包括應(yīng)用知識去解決問題,根據(jù)光的反射定律作圖,應(yīng)用物理知識解決問題,在課堂上必須重點(diǎn)訓(xùn)練。同時規(guī)律有其內(nèi)涵和外延,光路可逆原理在教材中雖然沒有進(jìn)行介紹,但它是光的反射定律的外延,反過來也進(jìn)一步深化了學(xué)生對光的反射定律的理解,應(yīng)得到相應(yīng)的處理。

在以上教學(xué)片斷中,筆者把兩者巧妙結(jié)合起來,通過在光的反射現(xiàn)象教學(xué)環(huán)節(jié)中板書留白,為作圖留下板書的空間。然后,用真實(shí)的光束和平面鏡,檢驗(yàn)作圖是否精確,體現(xiàn)了物理來自生活。同時,引導(dǎo)學(xué)生欣賞光學(xué)對稱、精準(zhǔn)的美,幫助學(xué)生建立物理觀念，最后巧妙處理了光路可逆這一教學(xué)環(huán)節(jié)。

2.7 規(guī)律應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)演示

關(guān)于光的反射的類型:鏡面反射、漫反射,可以將白紙吸附在黑板上,位置高于教師頭部,再用磁鐵將平面鏡吸附在白紙上。教師的手向上舉直,讓手電的白光同時正面照射到玻璃和白紙上,這樣,學(xué)生坐在座位上位于低處,一般都能觀察到較明顯的現(xiàn)象。還要注意控制變量,即讓光同時照射到白紙和鏡面上。演示漫反射時,可以把反射面左右移動,進(jìn)一步觀察到反射光束的雜亂無章,放大實(shí)驗(yàn)效果。

光的反射的應(yīng)用往往是課堂教學(xué)的亮點(diǎn)所在,因?yàn)楣獾姆瓷洮F(xiàn)象在日常生活中無處不在,可供選擇的應(yīng)用例子不勝枚舉,課堂教學(xué)到底選擇什么例子比較合適呢?筆者選擇了“WWW”欄目中的潛望鏡和角反射鏡作為課堂講解用的實(shí)例。有以下三點(diǎn)考慮:(1)這兩個實(shí)例都是教材“WWW”欄目中的例子。(2)利用兩塊或三塊平面鏡的組合,發(fā)生兩次反射,既是應(yīng)用,又是深化學(xué)習(xí),一舉兩得,符合學(xué)生物理學(xué)習(xí)的進(jìn)階原則。(3)通過觀察潛望鏡的圖片,可激發(fā)學(xué)生的興趣。觀察軍事雷達(dá)反射面(圖4)，引出角反射器，使用三塊平面鏡兩兩垂直自制角反射器,演示最終的反射光束和最初的入射光束相互平行,可以為課堂增色不少。

圖4

3 結(jié)語

隨著物理教學(xué)改革的持續(xù)推進(jìn),對每一堂課的教學(xué)設(shè)計進(jìn)行最優(yōu)化處理,設(shè)計出精準(zhǔn)把握時代脈搏、又貼合學(xué)生學(xué)情的高效的課堂,是一個永恒的課題。這就要求我們除了加強(qiáng)理論學(xué)習(xí),在教學(xué)過程中,還要尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,尊重學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位,精心預(yù)設(shè)情境,切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。