核心素養(yǎng)下的高中物理課堂教學

■福建省福州第一中學 林清源

一、教學過程及所承載的學科教育功能

1.從“偏振”的字面含義入手，并與生活中父母的“偏愛”類比，引導學生得出只有橫波才有偏振的結(jié)論。通過橫波和縱波經(jīng)過狹縫的傳播情況的實驗，讓學生形象理解“偏振”這個抽象的概念。

教師：什么是偏振呢？“偏振”字面上的含義即對某一方向的振動情有獨鐘，故機械波要發(fā)生偏振，應(yīng)該具備好幾個可能振動的方向，如果傾向于某一方向的振動，就說這波具有偏振。波橫和縱波誰具有偏振特性呢？縱波的振動方向與傳播方向共線，振動方向只有一個，不具備偏振特性；橫波振動方向與傳播方向垂直，有好多個可能振動的方向，自然具備偏振的特性。

怎么檢測橫波具有偏振特性呢？筆者通過如下實驗演示橫波和縱波的區(qū)別。

通過實驗發(fā)現(xiàn)：不論狹縫方向如何，縱波都可以暢通無阻地通過狹縫傳播過去，而只有當狹縫方向和振動方向平行時，橫波才能暢通無阻地通過。故縱波沒有偏振特性，而橫波具有偏振特性。

進而拋出魯科版3-4對偏振的定義如下：如果一列波的振動方向只沿著某特定方向，物理學上就稱這列波具有偏振特性。

2.引導學生利用偏振片通過實驗判定光是橫波還是縱波，并通過真實的學生隨堂實驗現(xiàn)象引發(fā)學生認知沖突，吸引學生學習興趣，進而引發(fā)學生進行理論研究化解沖突，達到加深學生對知識的理解和培養(yǎng)他們科學思維的目的。

隨堂的學生實驗（1）：自然光過單個偏振片，并將偏振片旋轉(zhuǎn)360度，觀察透射光強度的變化。

現(xiàn)象：透射光強度幾乎沒發(fā)生明顯的改變。

結(jié)論：光難道是一種縱波？

隨堂的學生實驗（2）：自然光連續(xù)經(jīng)過兩個偏振片，其中一個偏振片不動，另一個偏振片旋轉(zhuǎn)360度，觀察自然光連續(xù)經(jīng)過兩個偏振片的透射光強度的變化。

現(xiàn)象：透射光強度明顯改變，時而最強，時而最暗。

結(jié)論：光不是縱波，而是橫波。

光如果是橫波，那隨堂實驗（1）的現(xiàn)象如何解釋呢？原來日常生活中常見的電燈、蠟燭、太陽等普通光源發(fā)出的光波不顯示偏振特性，因為這些常見的普通光源都是由大量原子組成的，這些原子、分子發(fā)光的總和就是這些普通光源發(fā)出的光。某一分子或原子在某一時刻發(fā)出的一列光波是沿著某一特定方向振動，但由于分子或原子是間歇性發(fā)光的，在下一時刻發(fā)出的另一列光波可能就不是沿著上一個時刻的振動方向振動了，所以單個分子或原子發(fā)出的光波的振動方向時刻發(fā)生改變。

3.引導學生從自然光中獲得不具備偏振性的偏振光的兩種方法：（1）偏振片法。起偏器：用于獲得偏振光的偏振片。檢偏器：用于檢查通過起偏器的光是不是偏振光的偏振片（放在起偏器后面）。偏振器的偏振化方向：偏振光能完全通過的方向。（2）以特殊的入射角入射。如圖所示，當反射光線與折射光線垂直，即入射角時，反射光為垂直于入射平面振動的線偏振光，而折射光為部分偏振光，i0稱為起偏角或布儒斯特角。

4.回歸到光的偏振在生活中的應(yīng)用，利用偏振片減弱反射光、觀看立體電影等，讓學生覺得物理有用，激發(fā)學生學習物理的興趣。

（1）照相機鏡頭前裝一片偏振濾光片可減弱反射光，使相片更清晰。例如利用攝像機拍攝水中景物時，水面外的景物發(fā)出的光經(jīng)水面反射有很強的反射光進入鏡頭，使得拍攝出的照片模糊不清。這時候我們可以在攝像機鏡頭上加裝一個偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片至適當角度使偏振片的透振方向與反射光的偏振方向垂直，這樣就可以有效地濾掉這些反射光，從而使拍攝出的水中景物清晰可見。

（2）觀看立體電影。拍攝立體電影時，可以使用兩架攝影機，如同人的兩只眼睛，它們同時從不同角度分別拍攝同一場景的兩部電影，放映時兩部電影同時放映在銀幕上，設(shè)法讓觀看者的一只眼睛只能看到其中一部電影，另一只眼睛只能看到另一部電影，這樣就可以使觀看者獲得立體感，從而達到觀看立體電影的效果。怎么設(shè)法讓觀看者的一只眼睛只看到其中一部電影呢？放映時，可以在兩個放映機鏡頭前各放一個偏振片，且這兩個偏振片的起偏方向相互垂直。觀看時，觀眾戴上偏振鏡片，左眼偏振鏡片的透振方向與左放映機偏振片的起偏方向一致，右眼偏振鏡片的透振方向與右放映機偏振片的起偏方向一致，這樣觀眾的兩只眼睛各看到一部不同角度拍攝到的電影，在觀眾的腦海中就形成立體畫面了。

二、本節(jié)課有關(guān)高中物理核心素養(yǎng)的總結(jié)與思考

物理是一門基于實驗的自然科學，筆者認為，通過真實的物理實驗，引發(fā)學生認知沖突可以極好地吸引學生學習興趣，進而引發(fā)學生進行理論研究化解沖突，達到加深學生對知識的理解和培養(yǎng)他們科學思維的目的。為此教師應(yīng)精心準備演示實驗、學生實驗或隨堂實驗，用心設(shè)計問題串，引導學生思考解決問題，加強對學生物理科學思維的訓練。筆者介紹完偏振片概念后，引導學生利用偏振片通過實驗進行判定，并開展學生隨堂實驗（1），讓學生在真實的情境中得出光波可能是縱波，緊接著進行學生隨堂實驗（2），引發(fā)學生認知沖突：如果光波是縱波，不可能有隨堂實驗（2）的現(xiàn)象。進而得出結(jié)論：光波是橫波。光波既然是橫波，那隨堂實驗（1）的現(xiàn)象又該如何解釋呢？通過閱讀書本，學生知道原來自然光不具偏振性，自然會有隨堂實驗（1）的現(xiàn)象的出現(xiàn)。

新一輪課改“核心素養(yǎng)”是對前一輪課改“三維目標”的繼承和延伸，兩輪課改有很多理念仍舊是一致的，例如兩輪課改都秉承著“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。正是基于這一理念，筆者本節(jié)課最后回歸到光偏振在生活中的應(yīng)用，利用偏振片減弱反射光、觀看立體電影等，讓學生覺得物理有用，激發(fā)學生學習物理的興趣，希望能對今后的物理教學提供一定的參考價值。