講透學科邏輯，滲透物理方法

何晉中

受澳門教育暨物理研究會的邀請，筆者擔任第十一屆全國青年教師課堂教學大賽澳門賽區(qū)選拔賽評委，澳門物理教師呈現(xiàn)了精彩的課堂，他們對實驗的準備、細節(jié)的處理等讓人深切地感受到澳門物理教育人的教育理想和教育情懷。筆者對初中老師展示的《光的折射》一節(jié)課印象非常深刻，這節(jié)課有不少地方給物理教師很好的啟示?！豆獾恼凵洹肥浅踔形锢砉鈱W的核心內容，是初中光學中的重要知識，是后續(xù)教學的關鍵節(jié)點，對后面的色散及下一章《透鏡及其應用》有重要的奠基作用，且《光的折射》一節(jié)的教學可以很好滲透物理思想和方法。然而，現(xiàn)實中很多教師的教學僅停留于對光的折射現(xiàn)象的呈現(xiàn)和描述，這不僅增加了學生的記憶負擔，更未能使學生真正理解光的折射規(guī)律及其背后深刻的物理學本質?，F(xiàn)結合澳門物理教師的課堂分享筆者對《光的折射》一節(jié)課的教學思考。

一、培育學生的問題意識

1. 讓學習從問題的源點開始

本節(jié)課老師帶領學生復習前面所學過的《光的傳播》一節(jié)中的觀點“光在同種均勻介質中沿直線傳播”，讓學生利用邏輯聯(lián)想這一觀點暗示了什么內容。在教師的引導下，學生通過閱讀、思考這一已學過的觀點，產生如下疑問：“光在不同種非均勻介質中還是直線傳播嗎？該如何傳播呢？”這樣通過復習舊知識，產生新問題，讓學生的學習從問題的源點開始，培養(yǎng)了學生的問題意識，也培養(yǎng)了學生的理性思維。

2. 通過有趣的現(xiàn)象產生問題

課堂中在引入光的折射一現(xiàn)象時，教師先在一個碗中放一個硬幣，讓學生站在某處觀察，恰好看不到硬幣，慢慢倒入水后，學生再從相同的角度觀察，發(fā)現(xiàn)碗里藏著一枚硬幣。由這一現(xiàn)象引發(fā)學生的思考，激發(fā)學生的問題，使學生產生學習的興趣。

3. 通過問題培育質疑精神

在探究光折射的特點時，先讓學生觀察光束在空氣中和水中的徑跡，然后讓學生畫出光路圖。為了描述這一現(xiàn)象引入入射角、折射角等概念后，拋出問題：在圖1中，為什么入射角是i，為什么入射角不是？琢呢？如果我們規(guī)定？琢為入射角，？茁為折射角，那么在作光路圖時不用引入法線豈不是更簡單呢？讓學生通過觀察現(xiàn)象后思考：是否存在有折射時沒有反射的現(xiàn)象，還是折射和反射必定同時存在？

通過這些看似不起眼的問題觸及物理最本質的東西，很好地激發(fā)學生思考，調動學生的學習熱情，培育了學生質疑的意識和能力。正如古人所云：“學源于思，思源于疑。小疑則小進，大疑則大進?！辟|疑意識與質疑能力對于學生的后續(xù)學習、長遠發(fā)展不可或缺，對國家、民族的科技創(chuàng)新更是十分重要。

二、滲透物理研究的方法

《光的折射》這一節(jié)課可以讓學生體驗物理科學研究的一般方法。物理上對物理現(xiàn)象的研究方法一般按照如下步驟進行：首先觀察現(xiàn)象，然后用語言（文字語言、數學語言）描述現(xiàn)象，在描述現(xiàn)象過程中引入一些物理名詞如物理量、物理概念等，最后再進一步定性或者定量地探究物理現(xiàn)象的規(guī)律，并抽象出一般的規(guī)律。本節(jié)課的教學，教師先展示光折射的現(xiàn)象，讓學生觀察光的折射，然后讓學生畫出光路圖。為了描述這一物理現(xiàn)象對光的折射現(xiàn)象進行定義，引入入射光線、折射光線、法線、入射角、折射角、界面等有關名詞，并在光路圖上標出入射光線、法線、折射光線、入射角、折射角、界面等，通過實驗觀察結合光路圖總結出規(guī)律。光從空氣斜射入水中時的折射規(guī)律：折射光線與入射光線、法線在同一平面內;折射光線和入射光線分居法線兩側;光從空氣斜射入水中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角?？偨Y該規(guī)律時可以讓學生回憶光的反射現(xiàn)象的規(guī)律，類比光的反射現(xiàn)象規(guī)律來進行。最后，讓學生思考并觀察，光線從空氣射入玻璃中又會怎樣？反過來從水中或者玻璃中射入空氣中又會怎樣？通過該環(huán)節(jié)的實驗與思考，把上述總結的規(guī)律拓展到更一般的情況：光從一種介質斜射入另外一種介質時，光線都會反生偏折，會產生折射現(xiàn)象。最后得到“在折射現(xiàn)象中，光路可逆”的結論。

三、講透物理內在邏輯

物理教學中只有講透物理現(xiàn)象背后的規(guī)律及其內在邏輯，學生才能理解物理學的本質，才能印象深刻，才能以不變應萬變?！豆獾恼凵洹芬还?jié)課中，教師應該要特別注意講清楚以下兩點。

1. 折射角為什么是i，不是？琢呢？

為什么要把入射角規(guī)定為是i，而不是？琢，體現(xiàn)了物理學上追求簡潔美的思想。把折射角定義為i，在對光的折射現(xiàn)象的更進一步的研究中，折射定律的表述為：（1）折射光線在入射面內。（2）入射角和折射角的正弦之比為一常數，若光從介質1斜射入介質2，用n1、n2表示兩種介質的折射率，用n21表示介質2相對介質1的折射率，則==n21。如果把入射角規(guī)定為？琢，折射角規(guī)定為？茁，折射定律的公式為=n21，作光路圖時不需要引入法線看似簡單了，但是其折射定律的表述就顯得很復雜，不符合物理上追求簡潔美的思想，也不利于我們進一步學習折射現(xiàn)象的規(guī)律。折射定律的表達式雖然在初中教學和考試都不作要求，但是給學生做一個簡單的介紹可以很好地激發(fā)學生學習物理的熱情，可以讓學生明白物理現(xiàn)象背后的來龍去脈，明白現(xiàn)象、規(guī)律背后的邏輯本質，才能記憶深刻，理解透徹。

2. 折射和反射同時存在嗎？

有不發(fā)生折射的反射嗎？有不反射的折射現(xiàn)象呢？實際上光的反射與折射是一起發(fā)生，物理前輩在研究的時候并沒有把光的折射和反射分開來研究，而是作為一個整體來思考，只不過是為了方便后人學習，人為地把這兩個現(xiàn)象分割開來。學生已經學習了光的反射和折射現(xiàn)象，讓學生思考這樣的問題，使學習體現(xiàn)了從整體到部分再到整體的程序，為了研究光現(xiàn)象（整體）——分為反射和折射（部分）——折射和反射是有機統(tǒng)一的（整體），這可以讓學生對光現(xiàn)象、對物理有更高的認知。

四、簡單介紹“最小作用量原理”

根據學生的實際情況，給學生簡單介紹物理學上的“最小作用量原理”。首先，光在均勻介質中沿直線傳播，就是作用時間最短的例子，兩點間直線距離最短，沿直線傳播是光從A點傳播到B點的最快的方式。其次，如果光在傳播過程中要經過兩種不同的介質，比如從空氣中斜射入水中，如圖2所示，光在空氣中的傳播速度會比在水中略快。如果光還是簡單沿直線傳播則會用較少的時間通過空氣，但是會用較長的時間以較慢的速度通過玻璃。這樣的時間不會是最短的，光似乎“知道”自己該從哪兒通過，它會根據最小作用量原理選擇自己的路徑。介紹該原理的目的不在于學生是否掌握，而是讓學生了解折射背后更一般的物理原理。

五、首尾呼應，學以致用

在物理教學中，不少教師通過實驗、生活實例等來引入新課，這激發(fā)了學生的學習興趣，然而當新課結束時卻沒有對開篇的實驗、生活實例做出回應。這就沒有很好地發(fā)揮實驗的功能，也不能達到學以致用的目的。教學中應該要注意首尾呼應，在學習了新的知識后，應該要回頭看，利用新知識解釋引入新課時的實驗現(xiàn)象及生活實例，這樣整堂課的質量會得到提升，學生的認知水平也會得到升華。以《光的折射》一節(jié)課為例，在引入新課時通過實驗導入新課，在課堂接近尾聲時應該利用光折射的規(guī)律來解釋這一現(xiàn)象。如圖3所示，當碗里加水后，從碗底S點發(fā)出的光線，由水進入空氣時，在水面上會發(fā)生折射，折射角大于入射角，折射光線進入人眼，人眼逆著折射光線的方向看去，覺得這些光線好像是從它們反向延長線交點S′發(fā)出來的，S′就是S升高的虛像，所以人能看到碗底硬幣。如果碗中沒有加水，人眼睛看到是和反向延長線在碗的側壁上的區(qū)域，所以看不到碗底的硬幣。

責任編輯 ? 羅 ?峰