滲透生涯規劃的物理教學設計
——以“光的反射”為例

馬劍 付明

(石家莊市第四十中學 河北 石家莊 050011)

生涯規劃是一個人根據自己的實際情況，結合機遇和制約發展的因素(智能、性向、價值觀以及環境)為自己確定目標，制定發展計劃，并為此對實施時間、順序及行動方向等做出合理的安排.2014年教育部制定并頒布了《普通高中學生發展指導綱要(試行)》(以下簡稱綱要).綱要明確提出了培養學生涯規劃的意識和能力，并指出在生活和生涯方面指導學生發展的主要內容包括：幫助學生了解自己的興趣、能力傾向、個性特點與生涯發展的關系；幫助學生了解大學專業信息與社會職業需求，合理規劃升學與就業目標；促進學生掌握步入下一階段生活、學習、工作所必需的技能；有效減少學生在生活與生涯方面的困惑.

生涯規劃教育是發展學生核心素養的重要前提和保障.隨著新高考的逐漸普及，生涯規劃教育逐步進入高中課程.為確保學生高中階段選科準確，避免在高中階段出現人生軌跡偏差，在初中階段將生涯規劃教育與學科教學融合勢在必行.在“光的反射”教學中，筆者設計了“激發興趣，初始反射現象”“保持興趣，建立反射概念”“分組實驗，完善反射規律”“拓展實驗，運用反射規律”“建構模型，區分反射類型”“拓展應用，滲透生涯規劃”逐級遞進的教學環節，學生在學習反射的同時了解到“光的反射”在國家前沿科技中的應用，在學生心中埋下從事光學工程研究的生涯規劃種子.

1 激發興趣初識反射現象

真人CS是學生非常喜歡的游戲.教師準備一個帶有激光筆的玩具槍，讓學生射擊兩個目標.目標1安裝了一個平面鏡，目標2安裝了角反射器(3個相互垂直的平面鏡).當學生射擊目標1時，激光點被反射到教師身上(教師提前設置好角度和位置)；當學生射擊目標2時，激光點被反射到狙擊手(參與的學生)身上.學生結合生活常識能猜到目標1安裝了鏡子，但是猜不出目標2如何將激光點反射到狙擊手身上.教師用噴霧器顯示出光的傳播路徑，學生可以看到兩條平行的光束.

設計意圖：物理教師應在“課本知識內容”的基礎上基于生活視域創設問題情境，以知識為目標、生活為問題載體，將知識與生活相聯系構建情境性問題，進行有效的探究活動[1].為此，筆者創設學生喜歡的游戲情境，讓學生在游戲中認識反射現象，可以起到激發學生興趣，喚醒學生求知欲的作用.游戲中狙擊者被“反殺”，更能激發學生強烈的好奇心，學生在內驅力的作用下進入光的反射學習.

2 保持興趣建立反射概念

教師將帶有磁力貼的激光筆、平面鏡吸到黑板上，打開激光筆，使一束光貼著黑板沿某一角度射向平面鏡，教師規范畫出入射光線、反射光線，初步建立反射模型.

學生利用激光筆、平面鏡、刻有經線的半球型透明罩、熏香等觀察立體空間的反射光路，如圖1所示.當學生用激光筆沿經線上任意一點入射，發現反射光從同一經線射出.學生主觀認為反射光線和入射光線在同一平面內，但由于立體幾何知識儲備不足，無法說出理由.

圖1 觀察立體空間的反射光路

為了將反射光線和入射光線所在的平面顯示出來，筆者將兩個帶有分光器的激光筆從不同經線射入半球型透明罩中，學生清晰地看到兩條經線所在的平面(需要提前點燃熏香以顯示光路)，對“反射光

線和入射光線在同一平面內”的印象會更深，如圖2所示.教師繼續啟發學生結合地理的經緯線知識，初步得出反射光線和入射光線所在的平面與平面鏡是垂直關系.

圖2 顯示反射光線和入射光線所在的平面

教師繼續引導：演示實驗中兩個面相交于同一條直線ON，如圖3所示.通過實驗發現，所有從O點入射的入射光和反射光線所在的平面都會通過直線ON.這條直線對于找到反射光線至關重要，物理學中把這條直線叫做法線：經過入射點O并垂直于反射面的直線.此時學生得出：反射光線、入射光線和法線都在同一平面內.

圖3 法線概念的建立

建立法線概念后，教師給出入射角、反射角的概念，并利用半球型透明罩演示反射光線隨入射光線的變化情況，學生觀看演示實驗發現：反射光線與入射光線分別位于法線兩側.也有學生提出疑問：反射角與入射角是否相等？如果再用另一個激光筆沿反射光線入射會怎樣？教師邀請一位學生用另一個激光筆沿原反射光線入射，發現反射光線與原入射光線重合，即在反射現象中光路是可逆的.

設計意圖：在常規教學中，我們往往是直接給出法線概念，教材中也沒有解釋為什么要引入法線.由于學生對法線的概念認識不深刻，在教學中經常錯把入射光線與界面的夾角當成入射角.生活中的光現象是立體的，為此，筆者從立體反射模型出發，將反射光線與入射光線所在的平面可視化，學生觀察到射向同一入射點的反射面都會通過共同的直線，這條共同的直線的重要性不言而喻，于是引入法線概念水到渠成.

3 分組實驗完善反射規律

針對學生對于“反射角與入射角是否相等”的疑問，安排學生用圖4所示裝置探究反射角與入射角的關系，至少測3組數據并記錄.通過實驗，學生確定在反射現象中反射角等于入射角.結合演示實驗和分組實驗的結論，歸納出光的反射定律：反射光線、入射光線和法線都在同一平面內；反射光線、入射光線分別位于法線兩側；反射角等于入射角.

圖4 探究反射角與入射角的關系

設計意圖：光的反射定律包括兩層含義，一是反射光線與入射光線的位置關系，二是反射角與入射角的大小關系.學生已經在立體反射演示實驗中直觀看到反射光線與入射光線的位置關系，因此將反射定律的兩層含義分開探究，實驗目的性更強.在探究反射角與入射角的大小關系時，學生的直觀猜想是“反射角與入射角大小相等”，通過實驗又驗證了自己的猜想，學生體驗了成就感，有助于保持學習物理的興趣.

4 拓展實驗運用反射規律

學生掌握了光的反射定律后，安排小組討論解決剛上課遇到的問題：如何讓第二次的反射光線與最初的入射光線平行？實驗器材：平面鏡2個、帶有分光器的激光筆1個.將一個平面鏡放在標記處，打開激光筆沿入射光線方向射入，調整另一個平面鏡的位置，使光經兩次反射后沿標記光線方向平行射出，畫出此時另一個平面鏡的位置，如圖5所示.學生完成實驗后，用量角器測出兩個平面鏡的夾角是90°.此時教師展示剛上課時的目標2上安裝的就是兩個相互垂直的平面鏡，我們叫做角反射器.為什么兩個平面鏡相互垂直時光線會平行射出？學生再次分組討論，根據反射定律和數學知識證明反射光線與入射光線是平行關系.

圖5 設計角反射器

需要強調的是，光線射向兩個平面鏡相互垂直時平行射出是有條件的：入射光線與兩次的反射光線在同一平面內.目標2上的角反射器是由3個平面鏡組成，并且3個平面鏡是相互垂直的關系，如圖6所示，這樣的設計保證在任意角度射向平面鏡時均能平行返回，上課教師需要現場展示.

圖6 實際角反射器

設計意圖：掌握了光的反射定律后，學生對于揭開剛上課的游戲之謎躍躍欲試.此時安排學生設計實驗，讓第二次的反射光線與原入射光線平行，進一步激發學生的探究欲.完成設計實驗，學生再運用反射定律和數學知識證明第二次的反射光線與入射光線是平行關系，能更深入理解反射定律，物理與數學知識結合起來解決實際問題更是讓學生品味成功喜悅感.

5 建構模型區分反射類型

“小小的自行車尾燈和阿波羅登月計劃有什么關系嗎？”教師拋出頭腦風暴式的問題引起學生興趣.原來自行車尾燈就利用了角反射器原理.1967年阿波羅十一號登月時在月球上也放置了類似于角反射器的裝置，實現了在地球上用激光測量月球與地球間的距離.地球上的激光直接射向月球可以測量月球與地球間的距離嗎？學生意識到光在不同的表面反射情況有可能不同，從而引出鏡面反射與漫反射.

鏡面反射與漫反射是學生容易混淆的知識點，學生總是感覺漫反射不遵守光的反射定律.為此，教學中建立好兩種反射的模型非常關鍵.我們可以用亞克力鏡面貼紙模擬鏡面反射與漫反射情況，如圖7所示，將亞克力鏡面貼紙貼在厚紙板上(邊緣貼磁條)，并將大頭針插入厚紙板上表示法線.將模型吸在黑板上，用平行光分別射向甲、乙，學生可看到平行光經光滑的面反射后是平行的，經凹凸不平的面反射后不再平行.再仔細觀察圖7(b)中反射光線、入射光線和法線(即大頭針)，學生能直觀看到漫反射同樣遵守反射定律，反射光線射向四面八方的原因是反射面凹凸不平.建立鏡面反射和漫反射模型后，再讓學生列舉生活中的鏡面反射和漫反射的現象，并強調：漫反射能使我們從各個方向看到物體.

圖7 模擬鏡面反射與漫反射

設計意圖：建構模型有助于幫助學生抓住事物的關鍵要素，加深對概念、過程和系統的理解，形成系統思維[2].由于鏡面反射的逆向遷移的影響，學生感覺漫反射不遵守光的反射定律，主要原因是漫反射后的反射光向著四面八方.教師通過自制教具演示兩種反射，將發生兩種反射時的入射光線、反射光線和“法線”可視化，學生能直觀看到兩種反射均遵守反射定律，從而建構兩種反射模型，形成正確的反射觀念.

6 拓展應用滲透生涯規劃

科學是一把雙刃劍，反射有時給人們帶來困擾，有時也能為人們帶來便利.我們利用反射可以將比較弱的光聚在一起實現聚光效果.圖8(a)是位于甘肅敦煌的中國首個百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站，熔鹽塔式光熱電站由定日鏡、吸熱塔、熔鹽罐、蒸汽發電系統四部分組成.逾1.2萬面定日鏡以同心圓狀圍繞260 m高的吸熱塔，定日鏡將太陽光反射集中到塔頂接收器上，實現了24 h持續發電.該電站年發電量將達3.9億度，每年可減排二氧化碳35萬噸.定日鏡將太陽光反射集中到塔頂接收器上的原理正是光的反射，如圖8(b)所示.由于太陽是運動的，科研人員在鏡面控制系統中輸入太陽的運動軌跡程序，定日鏡根據自身的位置不同，自動調整鏡面角度，使反射光精準的射向吸熱器.

圖8 熔鹽塔式光熱電站及原理

中國已成為世界上少數掌握百兆瓦級光熱電站技術的國家之一.科學技術就是生產力，科技創新，強國為民，建設科技強國需要每一位同學的努力，處在中國發展最好時期的同學們打好科學的每一塊基石，將來為中國的科技大廈添磚加瓦.

設計意圖：科技的發展和創新是衡量一個國家綜合國力的核心指標[3].教學最后介紹塔式光熱電站，學生了解到光的反射在世界熱門研究領域的應用.教師再介紹中國在2060年實現“碳中和”的宏偉目標和大國擔當，可以激發學生投身科研事業的熱情，保持學生繼續學習物理的興趣，在潤物細無聲中將生涯規劃理念與物理教學有機融合.

7 反思與啟示

將生涯規劃與物理教學融合，教師通過設計恰當的教學活動，拓展熱門的科學研究，有助于激發學生內在的學習動力，幫助學生了解自己的興趣，發現自己的天賦，從而提升課堂學習效果.

但是，在教學中滲透生涯規劃的最終目的是為了提升學生核心素養，因此，設計教學時必須遵循不干擾原則和適切性原則，才能使生涯規劃理念與物理教學完美融合.不干擾原則是指生涯滲透是為教學服務的，不能因生涯滲透而干擾教學任務；適切性原則是指不同課型、不同知識板塊應設計不同的生涯滲透方案，在適當處滲透、在恰當處切入，在潛移默化中喚醒學生的生涯規劃意識，實現學習動力與生涯目標之間的相互促進.