物理課堂中的學科滲透

許欣

【摘 要】“核心素養”是各學科教育改革和課程改革的重要依據，本文從學科思維方面入手，闡述在《光的反射》課堂教學中如何通過滲透數學方法，實現學科滲透和知識遷移，從而提高初中學生的物理核心素養。

【關鍵詞】數學方法;學科滲透;核心素養

隨著時代的發展，對學生綜合素質的要求越來越高，各學科也更加注重對學生核心素養的培養。物理學科素養主要包括“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態度與責任”四個方面，這是適應學生個人終身發展和社會發展的必備品質。

“學科滲透”是培養學生學科思維的有效方法，也是提升學生物理學科素養的重要組成部分。如今中高考物理越來越注重對學生應用數學處理物理問題的能力的考查，因此在實際教學過程中，應該注重學科間的滲透，利用數學完成模型的建構，強化物理規律的理解，實現知識的遷移。下面通過具體例子談談在《光的反射》這節課中數學方法的滲透。

一、構建模型，化虛為實，建立概念

在《光的反射》這節課中，利用噴霧在空氣中讓學生看到激光照射在平面鏡后反射到天花板上的完整光路。從實驗現象入手，把光的反射現象用如圖1所示的光路模型表達出來，再給學生介紹入射光線、入射點、法線、反射光線、入射角和反射角。把摸不著的光線用光路模型落實到圖像上，建立“光的反射現象”的概念，有助于學生了解入射光線、入射點、法線、反射光線、入射角和反射角的含義，學生在獲得感性認知的同時，也是對學生結合實驗現象構建物理模型能力的有效提高。學生基于實驗現象建構理想模型，對事物進行抽象概括的過程，也是分析、推理、論證等科學思維方法的內化過程。

二、立體圖像，構建法線，幫助理解

如何構建“法線”的概念是八年級學生學習光的反射定律的一個重難點，為了突破這個難點，我試著從立體的角度，幫助學生建立“法線”的概念。

首先由實驗入手，如圖2 甲圖所示，在光屏上確定入射點O，在光屏所在平面A上入射一條光線EO，可以在同平面內對應找到一條反射光線OF。如圖2乙圖所示，當光屏沿著過點O，垂直于平面鏡的直線ON旋轉時，可以得到平面B，在平面B上也可以得到一組入射光線和反射光線。同理，沿著ON繼續旋轉，可以得到平面C，在平面C上也可以得到一組入射光線和反射光線。這三個不同的平面有一條交線ON，這就是法線。引導從單一平面過度到立體圖像，利用立體幾何知識，構建法線。

因此，物理中定義法線是過入射點O的一條垂直于鏡面的直線。法線的特點是過入射點O，且垂直于鏡面，因此通過法線，我們就確定了入射光線和反射光線所在的平面是與鏡面垂直的。

在實際教學過程中，在演示實驗的配合下，學生能找到三個平面的交線ON，引入幾何的知識，學生能很好的理解從“線”到“面”再到“線”的過程，從而幫助學生建立“法線”的概念。

有了法線，我們就能確定反射光線的位置。根據“不在同一直線上的兩條線段能確定一個平面”這個學生已經學習的數學知識，我們可以通過入射光線和法線確定一個平面，根據“三線共面”原則，可以確定反射光線在這個平面上。學生根據“兩線分居”和“兩角相等”的特點，就可以找到反射光線的具體位置了。

這就是學科間相互滲透的魅力，把學生已有的幾何知識運用起來，結合物理的實驗現象，進行分析論證，得出結論，完成學科間的知識遷移。這樣的教學模式可以促進學生的深度思考，通過對已有數學知識的分析和探究，建立“法線”的概念，與光的反射定律關聯起來，有助于學生理解光的反射定律。

三、拓寬思路，升華知識，加深理解

法線還可以從切平面的角度來定義：如圖3甲圖所示，經過曲面上任一入射點O的曲線有無數條，每條曲線在入射點O處都有一條切線，他們構成的平面叫做切平面，法線就是過入射點O，做切平面的垂線。

法線垂直于入射點所在的切平面，如圖3乙所示，當反射面光滑時，所有切平面都平行，法線也平行，因此當平行光入射時，所有入射角都相等，反射角也都相等，因此所有反射光線也是相互平行，即鏡面反射。如圖3丙圖所示，當反射面粗糙時，不同的入射點切平面方向都不同，即法線不再平行，因此當平行光入射時，入射角就不相同，根據光的反射定則，反射角也不再相等，反射光的方向就不再平行，這就是漫反射。

利用學生已有的“切線”方面的知識，由“點”及“面”，從法線的定義自然過渡到“鏡面反射”和“漫反射”，在加深對法線理解的同時，復習了光的反射定律，又學習了兩種不同類型的反射，實現了由舊知識向新知識的認知遷移。

相較于書本的二維平面講解，配合課件的三維立體闡釋讓學生在理解上更加直觀，讓學生感受點、線、面之間的基本位置關系。三維立體空間的引入也是對學生空間想象力潛移默化的強化過程，培養發散而嚴禁的學科思維，為高中物理課程和立體幾何奠定基礎。

在學習過程中，學生再次明確了“漫反射”也遵循光的反射定律，只是入射點切平面的不同，造成法線方向不同，各入射角度不再相等，對應的反射角度也不相同。通過對“切線”知識的靈活運用，引導學生發現物理知識間的內在聯系，兩學科相輔相成，相互增益。拓寬了學生的思路，多角度理解問題，對概念和定律的理解也更深刻，有助于學生后續解決實際問題，增強學生分析綜合的能力。

物理中的很多研究方法都蘊含著數學思想，在物理教學中滲透數學方法，必須根據學生的學情，結合課程內容，靈活運用“數學建模”、“數形結合”、“函數方程”等方法，與知識點融會貫通，學生的理解才能水到渠成。

物理學科中的建模能力、知識遷移能力以及將復雜問題轉換為若干簡單問題的能力，這些能力形成的過程都是學生逐漸形成核心素養的過程。在物理學習中，潛移默化增強對數學思維的培養，學習物理的過程也是對數學認知的有效提高，以知識教學為載體，實現學科素養的發展。

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