實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)物理科學(xué)思維核心素養(yǎng)*
——自制教具建構(gòu)法線 驗(yàn)證光的反射定律

張 晶

(大連市第二十一中學(xué) 遼寧 大連 116021)

韓宏穎

(大連市第四十四中學(xué) 遼寧 大連 116013)

李 麗

(大連市第二十一中學(xué) 遼寧 大連 116021)

*人民教育出版社課程教材研究所“十三五”課題“基于核心素養(yǎng)發(fā)展的初中物理知識(shí)建構(gòu)策略研究”階段性成果,課題編號(hào)：KC2016-051

實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)物理科學(xué)思維核心素養(yǎng)*
——自制教具建構(gòu)法線 驗(yàn)證光的反射定律

張 晶

(大連市第二十一中學(xué) 遼寧 大連 116021)

韓宏穎

(大連市第四十四中學(xué) 遼寧 大連 116013)

李 麗

(大連市第二十一中學(xué) 遼寧 大連 116021)

科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的主要組成部分．以往反射定律的證明和法線概念的建構(gòu)過程過于粗略，忽略了邏輯推理的過程和科學(xué)思維能力的培養(yǎng)．本文結(jié)合自制教具給出證明反射定律和建構(gòu)法線概念的過程．

核心素養(yǎng) 反射定律 法線概念建構(gòu) 自制教具

1 問題背景

光的反射是相互作用主題下的重要組成內(nèi)容，也是繼光的直線傳播后對(duì)于光的傳播路徑的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，同時(shí)也為后續(xù)學(xué)習(xí)和綜合運(yùn)用平面鏡成像奠定了知識(shí)基礎(chǔ)．反射定律無疑是本課的核心內(nèi)容．而在證明反射定律的實(shí)驗(yàn)探究過程中，傳統(tǒng)的講法有以下不足：第一，只是在單一平面范圍內(nèi)改變?nèi)肷涔饩€的入射角去探究，實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏普遍性；第二，對(duì)于法線的建構(gòu)或作用基本不涉及，直接給出法線概念．不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成；第三，對(duì)于反射角和入射角的概念直接給出，學(xué)生不理解也易錯(cuò)．以上做法不利于學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng)．

圖1 中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)

中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)(圖1)于2016年9月18日正式公布．所謂“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”，主要是指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力．核心素養(yǎng)是關(guān)于學(xué)生知識(shí)、技能、情感、態(tài)度、價(jià)值觀等多方面的綜合表現(xiàn)；核心素養(yǎng)包括人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新6大素養(yǎng)18個(gè)基本要點(diǎn)．

科學(xué)思維是科學(xué)精神素養(yǎng)的主要組成部分，主要指中學(xué)物理中重要的思維方法，從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)．

2 自制教具介紹

圖2 自制教具的器材

器材組成(圖2)：支架(附可伸縮中軸)，半圓面(2個(gè)，可繞支架軸旋轉(zhuǎn))，反射面，激光筆(附磁鐵).

器材安裝：將半圓板和反射面依次插在支架主軸上，在支架圓環(huán)上用磁鐵吸附激光筆，如圖3所示.

圖3 器材安裝

3 自制教具建構(gòu)法線 驗(yàn)證光的反射定律

探究光的反射規(guī)律，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖谴_定反射光線的位置.

首先，初步確定反射光線位置．用激光筆在空間中向鏡面發(fā)出入射光線，去找反射光線．由幾何知識(shí)，空間相交的兩條直線能夠確定一個(gè)平面，利用一個(gè)平面去承接反、入射光線，能夠承接兩光線．多次更換入射光線射向平面鏡的方向，均能利用平面找到入、反射光線．由以上操作，得出結(jié)論：光的反射現(xiàn)象中，反射光線、入射光線共面(下文稱為平面A)，并且觀察、測量發(fā)現(xiàn)此平面與反射面垂直，如圖4所示.

圖4 反射光線和入射光線共面

其次，確定反、入射光線所在的平面A．由于反射光線的位置還未知，僅根據(jù)一條入射光線不能確定該平面．在已知反、入射光線所共平面A與鏡面垂直的情況下，在入射點(diǎn)做一條與鏡面垂直的線(即法線)和入射光線就可以唯一確定該平面A．得出反、入射光線和法線共面且異側(cè)，如圖5所示.

圖5 反、入射光線分居法線兩側(cè)

再次，在平面A上唯一確定反射光線的位置．在平面A上只有反、入射光線和法線，多次改變?nèi)肷涔饩€的角度后，學(xué)生能觀察、測量得出，反、入射光線到法線的夾角相等．即命名反、入射光線到法線的夾角為反、入射角．順利得出反射角等于入射角，如圖6所示.

圖6 觀察和測量得出反射角等于入射角

4 反思

以上邏輯分析尋找反射光線位置的過程，不僅證明了光的反射定律，也很好地建構(gòu)了法線，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到了法線的意義是唯一確定反、入射光線所在的平面與鏡面垂直．同時(shí)使學(xué)生理解了反、入射角是如何定義的．

學(xué)生科學(xué)思維能力是核心素養(yǎng)的重要組成部分，物理邏輯思維能力的提高不僅有利于概念的進(jìn)階學(xué)習(xí)，也是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的等一系列探究活動(dòng)的必備關(guān)鍵能力，同時(shí)在探究活動(dòng)的進(jìn)行過程中，使學(xué)生具有在科學(xué)方面的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣，有學(xué)習(xí)科學(xué)的積極態(tài)度，能意識(shí)到科學(xué)對(duì)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的影響．

科學(xué)思維重視學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)思想與方法，提升科學(xué)探究能力、分析解決問題的能力，深刻影響著物理學(xué)科的核心素養(yǎng)．

2017-02-12)