基于核心素養(yǎng)的“光的反射”教學(xué)過程設(shè)計

摘 要：落實初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)涵，是每一位初中物理教師的使命，也是每一位初中物理教師的責(zé)任.文章以“光的反射”教學(xué)實踐內(nèi)容為例，提出關(guān)于核心素養(yǎng)教學(xué)的策略：引入“魔術(shù)”，直面物理沖突；用棉線替代光線，發(fā)展科學(xué)思維；實驗創(chuàng)新，經(jīng)歷科學(xué)探究；應(yīng)用拓展，解決實際問題.學(xué)生對初中物理中“光的反射”部分的學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)，科學(xué)思維得到鍛煉，科學(xué)探究能力得到提高，學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)一步提升.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);光的反射;教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-0333（2024）05-0095-03

核心素養(yǎng)的育人價值，主要是引導(dǎo)學(xué)生通過物理課程的學(xué)習(xí)，形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力[1].在初中物理教學(xué)過程中，將核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和初中物理教學(xué)內(nèi)容相融合是每一位初中物理教師的使命，也是每一位初中物理教師的責(zé)任.下面，筆者就構(gòu)建基于核心素養(yǎng)的“光的反射”教學(xué)進(jìn)行初步設(shè)計.

1 根據(jù)課程目標(biāo)和學(xué)情，制定素養(yǎng)目標(biāo)

1.1 課程目標(biāo)

新課標(biāo)中對“光的反射”提出的目標(biāo)是通過構(gòu)建物理模型、科學(xué)探究等方法相結(jié)合的實驗課堂教學(xué)，了解光的反射現(xiàn)象并掌握光的反射定律，實現(xiàn)光的反射的應(yīng)用與拓展[2].

1.2學(xué)情分析

光的反射現(xiàn)象在日常生活中隨處可見，學(xué)生對反射現(xiàn)象有一定的了解，對實際生活中反射的應(yīng)用也有一定的認(rèn)知.但是對部分前概念有不完全的認(rèn)知，甚至可能是一些錯誤的認(rèn)知，在光的反射定律的探究過程中，對“光線”中形成的空間幾何關(guān)系的理解，學(xué)生存在學(xué)習(xí)盲區(qū)和難點.

1.3 素養(yǎng)目標(biāo)

本節(jié)課的教學(xué)容量很大，包括如下內(nèi)容：光的反射基本物理量的概念、光的反射定律內(nèi)容、光的反射分類與應(yīng)用等.筆者按照初中學(xué)生的認(rèn)知水平，將該課程分為兩個重點：第一個重點內(nèi)容是運用魔術(shù)的方式引出教學(xué)課題，重點引導(dǎo)學(xué)生建模并運用科學(xué)探究的方法，研究光的反射定律和光路可逆性原理；第二個重點內(nèi)容是光的反射分類與特征，以及平面鏡成像原理等的應(yīng)用研究，這部分內(nèi)容是光的反射原理的進(jìn)一步深化[3].

2 教學(xué)重點及難點

構(gòu)建物理模型，通過創(chuàng)新實驗探究光的反射定律是本節(jié)內(nèi)容的重點，也是學(xué)生進(jìn)一步理解平面鏡成像原理以及凸面鏡、凹面鏡成像與應(yīng)用等內(nèi)容的基礎(chǔ)；本課的難點是運用光的反射定律對平面鏡成像原理的理解和利用平面鏡改變光路的實際應(yīng)用.

3.光的反射教學(xué)過程

3.1 引入“魔術(shù)”，直面物理沖突

初中生對物理的理解比較簡單，形成的物理觀念不系統(tǒng)，模糊不清，于是筆者借用他們生活中常見的物理現(xiàn)象和一般思維方法，建立了一個物理沖突，其目的在于引起學(xué)生對光的反射現(xiàn)象的注意.在課堂上，筆者先展示了一塊光屏，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)上面存在著一紅一綠兩個光斑，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在光屏前放置的一個“魔術(shù)暗箱”，在其側(cè)壁上放置了一上一下兩個光源，光源穿過“魔術(shù)暗箱”的兩邊側(cè)面玻璃板，傳播出兩條平行的激光光束.然后，筆者在“魔術(shù)箱”外的光束傳播路徑處噴灑水霧，引導(dǎo)他們描述并復(fù)習(xí)了光的直線傳播.接著，筆者讓一學(xué)生用一個擋板豎直插入“魔術(shù)箱暗”頂端的中央位置，擋在兩個光源之前，學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中一束光被擋住，光屏上的紅色光斑消失，而另一束光卻沒有被擋住，光屏上綠色光斑還在原處.由此，引發(fā)了學(xué)生對“魔術(shù)暗箱”內(nèi)部構(gòu)造的好奇，借此筆者引出教學(xué)的主題——光的反射.

3.2 棉線替代光線，發(fā)展科學(xué)思維

從物理學(xué)視角看，科學(xué)思維是對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律以及相互關(guān)系的認(rèn)識方式.科學(xué)思維首先需要構(gòu)建一些物理模型，將其抽象概括，有時候還需要分析綜合、推理論證物理方法.關(guān)于“光的反射”內(nèi)容，筆者多次教學(xué)直接引入“法線”顯得生搬硬套，學(xué)生不易理解“法線”存在的必要性和重要性.老式的演示實驗器材成像效果一般，不立體，得出的結(jié)論不夠嚴(yán)謹(jǐn)，不利于初識光學(xué)的初中生形成科學(xué)思維.帶著這些問題，筆者決定改裝實驗器材以建立更科學(xué)的光的反射模型.

3.2.1 觀察光的反射現(xiàn)象

首先，在一個倒扣的半圓形玻璃器皿中央放上一塊平面鏡，為了看清光路，在器皿中點上一點香.然后，將激光器緊貼在半圓的玻璃面上斜照到器皿中的平面鏡上，光的反射現(xiàn)象呈現(xiàn)得一清二楚.最后，不斷改變照射角度，讓學(xué)生可以從多個角度觀察光的反射現(xiàn)象.

3.2.2 思考光的反射光路

如何讓學(xué)生確定光的傳播路經(jīng)，是研究光的反射規(guī)律的難點.如圖1，筆者嘗試將光的傳播路徑用生活中隨手可得的棉線進(jìn)行模擬.在課堂上，筆者讓學(xué)生先在鏡子上繞上兩根十字交叉的橡皮筋，然后穿過橡皮筋的交叉位置，跨過一條棉線.拉直棉線的一頭，用激光筆貼著棉線照到鏡面上，在反射光的那一面用棉線的另一頭去“找”反射光，當(dāng)棉線兩頭都被照亮?xí)r，即光與棉線重合.用鐵架臺固定好棉線位置，取下光源，此時看得見摸得著的棉線模擬了看得見摸不到的光線，光的傳播路徑一目了然，將光線“可視化”.

3.3 創(chuàng)新實踐，經(jīng)歷科學(xué)探究

3.3.1觀察模型，發(fā)現(xiàn)問題

筆者讓學(xué)生利用棉線近距離“觀察”光的反射后，讓其利用游戲棒和花泥模擬“光的反射”，建立光的反射模型.大部分學(xué)生建立的模型是反射光線和入射光線關(guān)于入射點對稱，且入、反射光線處在同一個平面，且這個平面與鏡面垂直.筆者展示另一種模型：反射光線和入射光線也關(guān)于入射點對稱，但入、反射光線所處的平面沒有與鏡面垂直.引導(dǎo)學(xué)生觀察討論兩個模型的區(qū)別并提出問題：反射現(xiàn)象中，傳播路徑所在平面與鏡面呈垂直關(guān)系還是傾斜的關(guān)系？大部分學(xué)生提出光的反射所在平面與鏡面成垂直關(guān)系的猜想.

3.3.2 創(chuàng)新實踐，確定“法線”

筆者展示自制實驗教具如圖2，讓學(xué)生主動參與實驗過程：將一個大型的白屏先垂直固定在鏡面上，白屏上緊貼一個激光器對準(zhǔn)鏡面.當(dāng)激光器發(fā)出激光照射到鏡面一固定點時，白屏上立即同時看到入射光和反射光，學(xué)生的猜想得到驗證；當(dāng)學(xué)生保持白屏上的激光照到鏡面同一個位置，但不斷改變平面上照射角度時，白屏上依然能同時看到兩條光線，學(xué)生進(jìn)一步驗證了“反射光線和入射光線在同一平面內(nèi)，且光的反射所在平面與鏡面垂直”的猜想；當(dāng)學(xué)生保持白屏上激光器照射的角度和入射點不變，只將白屏傾斜固定在鏡面上時，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)光屏上只能觀察到入射光線而反射光線“消失”了，根據(jù)之前提出的猜想，讓一學(xué)生嘗試用另一個白屏“找”反射光線.當(dāng)學(xué)生嘗試成功后，筆者引導(dǎo)學(xué)生觀察入射光線和反射光線的平面，發(fā)現(xiàn)它們?nèi)匀辉谕粋€平面內(nèi)，且與鏡面成垂直關(guān)系.通過學(xué)生的多次嘗試，大家達(dá)成了光的反射的一個共識，即無論入射光以哪個角度照到鏡面的同一個入射點時，入、反射光線所在平面始終與鏡面成垂直關(guān)系.而這樣的無數(shù)個垂直平面有一個公共軸，該軸經(jīng)過入射點，并且垂直于平面鏡，由此引出“法線”這一概念.

3.3.3 深入研究，尋找規(guī)律

學(xué)生再次拿出花泥“光的反射”模型，補充一根游戲棒充當(dāng)“法線”后，筆者進(jìn)一步引導(dǎo)大家經(jīng)歷光的反射規(guī)律的探究.針對“三線”是否共面、“兩線”是否分居、“兩角”是否相等的問題，學(xué)生通過實驗逐步驗證了他們的猜想，最后總結(jié)出光的反射定律.

3.4 應(yīng)用拓展，解決實際問題

學(xué)生們了解筆者準(zhǔn)備的視頻中“塔式光熱發(fā)電”裝置后，便對該裝置的工作原理產(chǎn)生極大興趣，筆者便以此作為課題提出一系列問題：太陽東升西落，光會隨時間推移而不斷改變照射方向，如何保證同一個反射面上反射光照射的位置不變？平面鏡角度如何精確控制？學(xué)生通過交流合作，最后學(xué)以致用，利用作圖順利完成知識的遷移，解決實際問題.筆者通過將光斜照到光滑表面和粗糙表面時的不同光路的展示和生活中各類反射圖片，學(xué)生們了解了根據(jù)反射面的平滑程度，可以將光的反射分為鏡面反射和漫反射，通過學(xué)生實驗，讓學(xué)生們總結(jié)出：鏡面反射時，平行光照射到鏡面上，反射光線也平行，反射光線集中，所以反射光較強；漫反射時，平行光照射到凹凸表面上，反射光線不平行，反射光線發(fā)散，所以反射光強較弱.通過學(xué)生作圖，他們發(fā)現(xiàn)這兩種反射都遵循光的反射定律.最后學(xué)生們學(xué)以致用，討論并解決了雨后月光下迎光走和背光走時，如何走才不會踩到水潭中的問題：迎光走時，水潭處發(fā)生鏡面反射，反射光進(jìn)入人眼，會覺得那里很亮，而月光照到泥土上發(fā)生了漫反射，光線弱，會顯得很暗，所以不能往亮處走，要往暗處走；而背光走時，水潭處依然發(fā)生鏡面反射，但反射光線無法照入人眼，水潭處會顯得很暗，但月光照到泥土上發(fā)生了漫反射，至少有光線進(jìn)入人眼，因此泥土顯得更亮了，所以不能往暗處走，要走亮處.

3.5 揭秘魔術(shù)，升華認(rèn)識

話題再轉(zhuǎn)回到新課前的魔術(shù)，該“魔術(shù)”是如何利用光的反射的呢？筆者鼓勵學(xué)生猜想平面鏡放置的個數(shù)和擺放要求，積極討論，設(shè)計各式箱內(nèi)構(gòu)造，將他們的“作品”逐一展示后，最后由學(xué)生揭開“魔術(shù)箱”的神秘面紗.當(dāng)把箱外遮擋物拿開后，大家看到了透明玻璃板的內(nèi)部全景，“英雄所見略同”的自豪之情油然而生.

4 結(jié)束語在初中物理教學(xué)中，教師更應(yīng)注意讓學(xué)生動手、動腦、動口，結(jié)合學(xué)生熟悉的生活情境展開實驗探究教學(xué).培養(yǎng)核心素養(yǎng)的最終目標(biāo)是提升學(xué)生解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文精神.筆者在“光的反射”教學(xué)中運用基于核心素養(yǎng)的五個過程，著眼于初中學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，鼓勵初中學(xué)生積極鉆研物理規(guī)律，教學(xué)活動由淺入深，體現(xiàn)物理課程獨特的育人價值.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 王莉.基于核心素養(yǎng)的初中物理教學(xué)策略探討：以“光的反射”為例［J］.物理之友，2022（3）：24.

[2] 魏歡歡.基于核心素養(yǎng)的初中物理教學(xué)進(jìn)階設(shè)計：以“光的折射”為例［J］.新課程教學(xué)，2019：22.

[3] 陳蒼鵬.基于核心素養(yǎng)的初中物理實驗探究教學(xué)［J］.物理教學(xué)探討，2018（3）：07.

［責(zé)任編輯：李 璟］

收稿日期：2023-11-15

作者簡介：任麗君（1981-11），女，江蘇省常熟人，中學(xué)一級教師，碩士，從事初中物理教學(xué)研究.