問題與任務齊驅動 素養與技能共提升①——以“光的反射”教學為例

李曉明

(江蘇省蘇州市相城區春申中學,江蘇 蘇州 215143)

美國著名學者哈爾莫斯認為：問題是教學的心臟，有了問題,思維才有方向；有了問題，思維才有動力；有了問題，思維才有創新。[1]在物理教學中用問題引導學生思考，以任務驅動學生進行實驗探究，學生在問題解決中習得新知識，在任務完成中獲得新技能。問題與任務在課堂教學中起到了引領作用，本文以“光的反射”教學為例，在問題和任務的驅動下，促進學生核心素養的提升。

1 創設任務情境,激發學習興趣

在新課引入時，創設切合學生認知特點的任務情境，可以使學生立刻進入學習主題，實現主動學習。

教學片斷1

在課堂教學開始環節，用PPT投影環靶，教師用激光射向教室后面，并未射中靶子。

任務1:請同學們借助合適的器材，在不調轉激光筆的情況下快速射中靶心。

學生拿出平面鏡，但任務的完成并不是一蹴而就的，而是在多次調整激光筆或平面鏡的角度后才達成(圖1)。

圖1

問題1:這個激光打靶游戲中利用了什么原理？

由于學生已經知道人能看見不發光的物體是因為有反射光線進入人眼,從而回答：利用了光的反射。

任務2:請你利用手里貼了鏡面膜的玻璃磚、激光筆和白紙顯示出光反射時的光路。

學生多次嘗試后發現：把激光筆貼著紙面照射可以顯示出光路，隨后教師提供嵌有圓柱形玻璃柱的激光筆套，使得光路更容易顯示(圖2)。

圖2

任務3:請你將剛才的鏡面和光路在白紙上記錄下來。

學生通過描摹的方法勉強能將光路畫出。

教師提示數學上兩點確定一條直線的原理，幫助學生更方便地記錄光路。同時，在作圖的基礎上介紹入射點、反射面、入射光線和反射光線等概念。

設計意圖:激光打靶游戲貼近學生生活，符合學生的認知特點，能激發學生的學習興趣。采用任務鏈的方式直接把學生引入所要學習的主題：光的反射，同時練習了顯示和記錄光路的方法，為接下來探究反射角與入射角的關系奠定了操作基礎。

2 提出有效問題，養成科學態度

有效提問是課堂教學中教師與學生之間交流與互動的橋梁，它將教師的意圖傳遞給學生，又將學生的學習情況反饋給教師。有效提問可以引導學生把握思維的方向，它是為理解而提問，也必須是有意義的提問。

教學片斷2

任務1：保持入射點和反射面不動，改變入射光線方向，觀察反射光線的變化。

問題1:你在實驗中有沒有發現一條特殊的光線？它與平面鏡有什么位置關系？如何證明？

學生在動手操作的過程中發現：當入射光線與鏡面垂直時，反射光線與入射光線重合。為學生提供一把直角三角尺后,他們自然會證明。

任務2：用圖3所示的器材演示光的空間反射，入射光線出現后可明顯地看到反射光線，在實驗中慢慢地旋轉轉臺，讓學生仔細觀察。

圖3

問題2:在旋轉轉臺的過程中，你有沒有發現一個特殊的視角位置？它有什么特點？這一現象說明了反射光線與入射光線有什么位置關系？如何去證明這一關系？

學生發現一個視角，有一根光線完全擋住另一根光線，看上去重合了(圖4)。經過分析與思考，部分學生指出：反射光線與入射光線在同一平面內，當提供一塊白紙板，學生可以給出證明。

圖4

任務3：保持入射光線不動，將平面鏡一側墊高，繼續旋轉轉臺，確保每個學生都能重見反射光線與入射光線重合。

問題3:你認為反射光線與入射光線所在的平面與平面鏡有什么位置關系？如何證明？

有了前面問題的鋪墊，學生就會發現它們是垂直的關系，并能借助直角三角尺給出證明。

設計意圖:學生是學習的主體，教師創設問題情境進行引領，一些關鍵物理現象應由學生去發現和描述，讓其明白人眼并不可靠，必要時需要經過測量或求證。借此培養學生嚴謹認真、實事求是的科學態度，也為接下來學習和理解法線做了一定的知識準備。

3 設計挑戰任務,建立物理觀念

在物理教學中應設計有挑戰性的任務，雖然以學生現有的水平還不能完成，但通過教師的引導與幫助，學生經過適當的思考和學習，就能使他們的認識得到提升。人們有追求成功和由成功帶來的積極情感的傾向，設計有挑戰性的任務對力求成功的學生有很大的吸引力。

教學片斷3

任務1：將平面鏡放平，保持原有光路不變，重新在另一位置打開一支激光筆，調整后射向同一入射點，讓學生觀察現象。

問題1:兩條入射光線與其反射光線所在的平面有什么位置關系？請用紙板搭建出它們與平面鏡的位置模型。

學生經過討論和思考，發現兩平面相交，并用紙板搭建出三者的位置模型(圖5)。

圖5

任務2:如果有第三條光線射向同一入射點，則它和反射光線所在的平面與之前的兩個平面有什么位置關系？請用紙板搭建出它們與平面鏡的位置模型。

學生經過思考和討論，總結出三個平面相交于同一直線，通過團隊合作，完成了模型的建構(圖6)。

圖6

師:由此我們知道，所有射向同一點的光線與其反射光線所在的平面相交于同一直線，這條直線垂直于反射面，我們把它稱之為法線。

教師引導學生在圖2所記錄的光路圖上過入射點作平面鏡的垂線，并演示曲面鏡的情況下光的反射光路。

任務3:請你在圖2中表示出入射光線的角度，即入射角。說明為什么要這樣表示？

學生經過動手、思考和討論，發現可以將入射光線與平面鏡的夾角或與法線的夾角表示成入射角，考慮到前者在曲面上無法表示，大部分同學贊成后者，采用同樣的方法可以表示出反射角。

設計意圖:教材通過“信息快遞”欄目介紹了法線、入射角和反射角，這些概念的引入顯得有些唐突或牽強。通過以上學習，學生可以理解法線的特點及其意義。

4 組織學生活動,進行科學探究

情境和問題都只是手段，而活動既是手段也是目的。在課堂上開展科學探究活動，可以使學生體驗物理規律的發現過程，這種活動是指向學習目標的活動，也是有意義的活動。

教學片斷4

任務1:在光的反射現象中，反射角和入射角的大小有什么關系？請你設計一個表格用以研究它們的關系。

大部分學生回答：反射角等于入射角，也有同學回答：入射角等于反射角。教師投影設計的表格，并請學生介紹實驗方案，學生開始動手實驗。

任務2:你們的實驗結論是什么？哪種表述更好？為什么？請你用三根竹簽和泡沫來搭建光的反射光路模型。

學生經過討論認為：用“反射角等于入射角”的表述比較好，因為反射角是隨入射角的改變而改變的。同時學生搭建的模型如圖7、圖8所示，教師進行投屏展示。

圖7

圖8

設計意圖:就反射角與入射角的關系讓學生經歷猜想與假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗與收集證據、分析與論證、表達與交流等科學探究過程，并通過搭建光的反射模型來評估學習結果。

5 應用物理規律,發展科學思維

通過應用物理規律可以檢驗學生對物理知識的理解，教師要組織各種教學實踐活動，引導學生動腦、動口和動手，以形成技能技巧，并把知識轉化為能力。

教學片段5

任務：要求學生舉例并畫出由S點發出兩條光線經平面鏡反射后的光路。

教師引導學生將兩條反射光線反向延長，隨后選擇幾張相對美觀的作圖予以展示。

問題1:圖中有個相交的點，它具有什么意義？

學生隱約地感覺到這一點應該有意義，有學生回答：這應該是光源S的像。教師給予肯定和鼓勵，并將不同的作圖進行投影對比。

問題2:你覺得法線以及反射光線的反向延長線應畫成實線還是虛線？為什么？

學生討論后覺得還是應畫成虛線，因為這不是真實的光線，也有同學覺得這都是輔助線，教師肯定他們的說法都有道理。

問題3:你覺得用虛線反向延長相交，表明平面鏡成像有什么特點？

學生將“虛線”和“虛像”聯系，短暫思考后答道：表明平面鏡成虛像。教師將小孔成像和平面鏡成像的圖作對比，提示學生回憶實像和虛像的概念。

問題4:請你思考實像能在光屏上呈現而虛像不能呈現的原因是什么？

學生討論后覺得實像能在光屏上呈現是因為有光線到達光屏，而成虛像時沒有光線到達光屏。

設計意圖:從光的反射角度進一步理解平面鏡成像原理，對虛像的本質重新認識，基于初中幾何光學的特點，培養學生利用作圖研究光學問題的意識，達到發展學生科學思維的目的。

6 結語

光的反射定律是本節課的重點，法線概念的建立是本節課的難點，雖然課程標準中并未對法線概念提出明確要求，但在描述反射光線和入射光線的位置關系時，法線是一個關鍵的橋梁。[2]法線作為過入射點并垂直于鏡面的直線，其存在意義是為了描述反射光線的位置時有個參照標準。

本節課的教學通過問題和任務驅動學生的科學探究，幫助學生形成對光路、法線以及光的反射定律的認知。這種教學將課堂真正交給了學生，突出了學生的主體地位，讓學生在思考中動手，在動手中學習，在學習中提升，有效培養了學生的核心素養。