巧設探究 激發思維①
——以“光的直線傳播”教學為例

孫長云

(江蘇省南京市六合區金牛湖初級中學，江蘇 南京 211521)

1 引言

“光的直線傳播”是蘇科版初中物理八年級上冊第三章第三節的內容，本節的重點內容是光的直線傳播及其應用。光的直線傳播既是幾何光學的基礎，又是學習光的反射定律、折射規律的必備知識。本節內容與日常生活緊密聯系，學生在日常生活和小學科學課中已經知道光沿直線傳播的結論，但認識較為淺顯。初中生思維活躍，對自然界中的很多現象充滿好奇，然而動手能力、邏輯抽象思維能力較弱，但他們對色彩、動畫、游戲等比較感興趣。教師需設計系列活動，引導學生探究，歸納得出光沿直線傳播的規律。

1.1 教學目標

(1) 通過探究，知道光在均勻介質中沿直線傳播，會用光沿直線傳播來解釋影子、日食、月食、小孔成像等現象。

(2) 學習物理模型建構的方法，用一根帶有箭頭的直線表示光的傳播路線，會畫簡單的光路圖。

(3) 知道光在真空中的傳播速度，了解光在不同介質中的傳播速度一般不同。

(4) 通過小組合作實驗，培養學生的主動探究和合作交流能力。

1.2 教學重難點

重點：光在均勻介質中沿直線傳播，解釋簡單的現象。

難點：設計實驗，顯示光的傳播路線，建構光線模型。

1.3 教具準備

酒精燈、強光手電筒、激光筆、橙汁、水、鐵架臺、細棉線、果凍、噴霧器、白布、L形光源、用紙杯制作的針孔照相機、硬紙板等。

2 教學過程

2.1 導入

情境引入：播放春晚視頻《逗趣》，學生玩手影游戲。

教師提問：影子的形成說明了什么？

2.2 新課教學

(1) 光的直線傳播

問題1：激光筆射出光束，光是沿什么路徑從光源處傳播到墻上的？我們有什么辦法將光的傳播路徑顯示出來？

探究活動1：顯示光的傳播路徑

教師手拿一支激光筆將光射向白布，提問：光從激光筆發出來之后是如何傳到白布上去的？它的路徑是怎樣的呢？請同學們根據生活經驗提出自己的猜想。

生：光是沿直線傳播的。

師：同學們猜想光是沿直線傳播的，那么怎樣檢驗猜想的正確性呢？因為空氣太稀薄，如果把光直接射向空氣，看不到光的徑跡。

師：請同學們利用講臺上的器材(激光筆、噴霧器等)，設計實驗，驗證光在空氣中是不是沿直線傳播，請大家邊討論，邊設計實驗，比比看，哪個小組想出的辦法好。

師：現在請一個小組的同學把你們設計的實驗操作給大家看看？

學生上臺演示，用噴霧器順著光的方向噴水霧，看到一條發光線。

師：大家看到了什么現象？

生：光在空氣中的徑跡是一條直線。

師：這組同學的實驗演示非常好，我們在空氣中看到了一條很明顯的直線，驗證了光在空氣中沿直線傳播的猜想。

設計意圖：在光的直線傳播探究活動中，顯示光在空氣、水中的傳播路徑是一個難點，可以利用學生的生活經驗(陽光射進灰塵飛舞的教室)或觀察圖片(林中的光柱)，想出在空氣中噴煙霧、在水中加橙汁的方法，利用光的漫反射呈現光的傳播路徑。所以要讓學生經歷光在透明的水中、玻璃中看不清傳播路徑的過程，從而想辦法改進實驗，使現象明顯。

問題2：光沿直線傳播應滿足什么條件？

探究活動2：探究光沿直線傳播的條件

師：僅憑剛才的光在空氣中傳播的實驗，我們能夠得出光沿直線傳播的結論嗎？要使結論更加可信，還需要補充哪些實驗？

我又給大家準備了一些實驗器材(激光筆、裝水的燒杯、少許橙汁、玻璃棒、玻璃磚、果凍等)，請大家思考：怎樣驗證光在水中和玻璃中是沿直線傳播的？

在水中先不倒入橙汁，發現光的徑跡不明顯后，學生想到加入橙汁(或牛奶)再觀察。玻璃磚先不墊在黑紙上，發現光的徑跡不明顯后，再讓學生把玻璃磚墊在黑紙上觀察。

師：如果光從一種介質射到另一種介質，或者在同種不均勻的介質中又會怎樣傳播呢？還是直線傳播么？請大家先猜想，再用實驗驗證。

實驗：光從空氣中射入水中

現象：光線發生偏折。

教師固定激光筆，使它發出一束激光射向遠處墻壁，在光線經過的路徑上點燃兩盞酒精燈，墻上的光斑有何變化？

生：墻上光斑發生晃動。

師：“光沿直線傳播”是有條件的，光在同種均勻介質中才會沿直線傳播。

設計意圖：得出“光在同種均勻介質中沿直線傳播”這一結論，需要大量證據，運用歸納法得出結論。但是大量證據不是現象的簡單堆砌，不是簡單枚舉，而是需要科學歸納。所以實驗所選物質要涵蓋不同狀態的物質(如固態、液態、氣態等)。教師提出問題：要想得出的結論更可信，你認為還需要補充哪些實驗？激發學生思考，在討論交流中選擇合適的介質。這時學生會認為光在所有物質中都沿直線傳播，教師提出問題：光是不是總是沿直線傳播？有沒有條件？啟發學生思考反例，培養學生的求異思維，通過觀察兩個反例，正反對比得出完備的結論。

問題3：你能畫出圖1中物體在墻上的影子范圍嗎？

圖1

建立光線模型時，采用任務驅動，讓學生畫出物體在墻上的影子范圍。學生最初不能確定影子范圍，教師用電筒光照物體顯示出影子，用拉直的棉線從光源經過障礙物邊緣到達影子邊緣，發現對應點在一條直線上。換個位置，對應點依然在一條直線上(圖2)。再給細線加上箭頭，就可以地表示光的傳播路徑和方向，這就是光線。

圖2

設計意圖:光的傳播路徑怎樣表示？帶著疑問，教師通過演示實驗(拉棉線)使學生仿佛看見一條條光線在傳播，再加上箭頭更能形象地表示光的傳播路徑。這時水到渠成，再講“光線”概念，利用光線完成墻上影子的范圍就容易得多了。模型法在后面力的示意圖、杠桿、磁感線等的教學中會多次用到，但不能生搬硬套，還是要循序漸進，凸顯學生的思維生長過程。

(2) 光的直線傳播的應用

問題4：光的直線傳播在生活中有哪些現象和應用？

生：影子和日晷計時、日食和月食、小孔成像、射擊瞄準等。

探究活動3：小孔成像探究

教師先出示圖片介紹《墨經》中關于小孔成像的記載，然后讓學生取出用紙杯制作的針孔照相機，小孔的形狀有三角形、長方形、圓形等，介紹各部件的作用。

點亮黑板一角的L形光源，學生分組進行探究：①觀察小孔成像，重點觀察像的倒正和虛實(圖3)；②思考小孔成倒立像的原因，畫出光路圖；③設計實驗驗證像的形狀與小孔形狀是否有關；④設計實驗驗證像的大小與距離是否有關。最后教師用帶孔的硬紙板模擬小孔，用兩根貼上箭頭的不同顏色電線代表兩條光線，從光源出發，穿過硬紙板到達光屏(圖4)。呈現出光線交叉行進的場景，加深小孔成像成倒立、實像的印象。

圖3

圖4

設計意圖：小孔成像的特點是“倒立的實像”，怎么去證明？通過讓學生觀察光源的形狀L和半透明光屏上像的形狀，在黑板上畫出物、像形狀，通過對比分析，得出成倒立實像的結論，為后面學習平面鏡成像、凸透鏡成像打下基礎。小孔成像的形狀是否與孔的形狀有關？需要通過實驗來驗證，采用控制變量法，改變孔的形狀，保持其他條件不變，觀察現象，得出結論。

3 教學反思

(1) 教學設計要符合學生的認知邏輯和學科邏輯，做到低起點、緩坡度、勤反饋。初中生關于光的直線傳播擁有一定的前概念，在日常生活中積累了許多經驗，如晚上手電筒的光束、雨霧天汽車車燈的光柱等。教師提出問題后，讓學生自主設計實驗，通過實驗探究，讓學生歸納出光的直線傳播規律，充分體現學生的學習主體地位。通過師生演示，引導學生明白“光的直線傳播”是有條件的，思維逐步深入，知識的建構也水到渠成。

(2) 教師要善于運用生活素材創設情境，從情境中提煉問題，讓學生通過探究解決問題，獲取知識，習得方法。問題要有針對性、啟發性、層次性，本節課設計了4個主問題，涵蓋了本節最重要的知識點，每個主問題又設計了相關的子問題，環環相扣，逐步深入。學生通過合作探究、師生交流、生生交流，學生都能去想、去做、去表達、去感悟。師生通過問題解決，自然得出正確的結論。“問題·探究”思維生長課堂還能使學生從中掌握探索物理現象的方法，培養學生的科學態度，教學充分體現了在做中學、在學中悟的理念。

(3) 要關注教與學的多元評價。本節課通過課前預習評價、課中活動評價、當堂反饋評價，評價形式多樣，評價主體多元化，注重學法指導。在三個探究活動中，以問題引領思維，以探究發展思維。通過本節課，學生體會了歸納法的運用、求異思維對得出實驗結論的作用、模型法和控制變量法的運用等。物理教育的目的不應只是教給學生知識，更應該多滲透科學方法教育，真正促進學生的思維發展，讓學生成為會思考的人。