解析光的反射定律中的探究邏輯

方超 李德安

摘 要：探究型實(shí)驗(yàn)是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容之一。合理的探究邏輯有助于讓學(xué)生領(lǐng)悟物理探究的思維模式，構(gòu)建探究型的思維體系，也會(huì)加強(qiáng)學(xué)生邏輯思維的鍛煉。思維的滲透和能力的培養(yǎng)是物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。筆者以探究光的反射定律實(shí)驗(yàn)為案例，從現(xiàn)象出發(fā)，建立模型，巧妙地引入數(shù)學(xué)對(duì)稱思想，自然地切入猜想，合理地建立起本實(shí)驗(yàn)探究的三個(gè)方面：兩角相等、三線共面和兩線分居。讓學(xué)生能體會(huì)到物理探究實(shí)驗(yàn)的邏輯性與嚴(yán)密性。

關(guān)鍵詞：探究型實(shí)驗(yàn)；光的反射定律；探究邏輯；對(duì)稱思想

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）3-0063-2

1 建立探究邏輯的必要性

學(xué)生在學(xué)習(xí)完“光的反射定律”時(shí)，常常是記住了教材中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而忽視了本實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程。究其原因就是教師在教學(xué)時(shí)，忽視了探究邏輯的建立，簡(jiǎn)單地用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)代替探究實(shí)驗(yàn)。

本節(jié)課的兩大重點(diǎn)：一是規(guī)律的探究；二是規(guī)律的應(yīng)用。而在課后練習(xí)中往往只強(qiáng)調(diào)對(duì)“兩角相等”的應(yīng)用，那我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中為什么一定要去探究“兩線分居”和“三線共面”呢？學(xué)生之所以會(huì)出現(xiàn)這種困惑確實(shí)值得每一個(gè)教學(xué)者去反思。

當(dāng)沒(méi)有合理的探究邏輯時(shí)，教學(xué)內(nèi)容的展開(kāi)自然會(huì)出現(xiàn)不合理性，教學(xué)效果也會(huì)偏離我們預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。

2 模型的建立是探究實(shí)驗(yàn)的開(kāi)端

本節(jié)課的引入可采用教材中的圖片引入，也可以通過(guò)激光筆演示反射光路來(lái)引入，目的是提供情景，以便建立模型——兩條光線和一個(gè)反射面。

情景之后，即可開(kāi)始猜想兩條光線的位置關(guān)系。由于學(xué)生在數(shù)學(xué)中已學(xué)習(xí)到軸對(duì)稱，不難猜出模型中的對(duì)稱關(guān)系。既然有了“對(duì)稱”這個(gè)關(guān)鍵詞，即可自然地從“對(duì)稱軸”的概念出發(fā)提出“法線”的概念，進(jìn)而自然地引入入射角和反射角的概念。（如圖1所示）

3 讓邏輯思維成為實(shí)驗(yàn)探究的指揮棒

猜想之后就是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。為了證明兩條光線的對(duì)稱關(guān)系，學(xué)生一開(kāi)始會(huì)想到去測(cè)量反射角和入射角。在此可就著學(xué)生的思路，探究反射角和入射角的大小關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，可向?qū)W生滲透多次實(shí)驗(yàn)得到普遍規(guī)律的探究思想，并且鍛煉學(xué)生分析數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律的能力。

在得出反射角等于入射角之后，可提問(wèn)：有了兩角相等是不是就可以得出反射光和入射光關(guān)于法線軸對(duì)稱？

在此可舉出反例：如圖2所示，在立體空間里，可以做到∠r=∠i，但是反射光和入射光并不關(guān)于法線ON成軸對(duì)稱。因此，為了證明軸對(duì)稱關(guān)系，我們有必要探究入射光線、反射光線和法線是否在同一平面內(nèi)。此時(shí)我們可根據(jù)圖3所示操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)觀察現(xiàn)象，學(xué)生既可體驗(yàn)到紙板在本實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)光路的作用，又可加深對(duì)于三線共面的理解。

在得出入射光線、反射光線和法線在同一平面后，可繼續(xù)提問(wèn)：有了兩角相等和三線共面后是不是就可以得出反射光和入射光的軸對(duì)稱關(guān)系？

此時(shí)教師可以再舉出反例：如圖4所示，AO和OB重合但反向，∠BON=∠AON且OB、OA和ON也在同一平面，但是顯然此時(shí)的構(gòu)圖中OA和OB并不關(guān)于ON成軸對(duì)稱。

因此，為了證明軸對(duì)稱關(guān)系，有必要探究入射光線和反射光線分居在法線兩側(cè)。而此步探究較為簡(jiǎn)單，我們只需重復(fù)圖1的實(shí)驗(yàn)，調(diào)整入射光線，觀察入射光線和反射光線的分布情況，即可得出兩線分居。

到此，同時(shí)有了兩角相等、三線共面和兩線分居的結(jié)論，我們就可以總結(jié)出反射現(xiàn)象中的軸對(duì)稱關(guān)系了：即反射光和入射光關(guān)于法線成軸對(duì)稱。這也就是完整的光的反射定律。

在邏輯思維的指揮下，我們將光的反射定律的三步探究有機(jī)地整合到一起，并且可以環(huán)環(huán)相扣，層層深入，既符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，由淺入深地理解光的反射定律，并且體驗(yàn)到數(shù)學(xué)和物理的學(xué)科聯(lián)系，更重要的是通過(guò)這樣的不同的探究過(guò)程，鍛煉學(xué)生的多維能力。

4 小結(jié)

無(wú)論是從數(shù)理邏輯的角度還是從物理規(guī)律探究的角度，我們的教學(xué)目標(biāo)都應(yīng)該是重過(guò)程、重思想、重方法、重理念，而不是簡(jiǎn)單地對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證而忽視對(duì)于探究邏輯的挖掘。物理探究型實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是從現(xiàn)象出發(fā)，建立模型，合理猜想，證實(shí)或證偽，最終得出結(jié)論。物理探究型實(shí)驗(yàn)的核心是在探究過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、建模的能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、處理數(shù)據(jù)的能力、總結(jié)規(guī)律的能力、邏輯思維的能力等[1]。而這其實(shí)正是新課標(biāo)理念下實(shí)現(xiàn)三維教學(xué)目標(biāo)的突破口。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮享彬.基于核心素養(yǎng)的物理課堂教學(xué)“三重”設(shè)計(jì)[J]. 物理教學(xué)探討，2017，35（11）：16-18.