“光的反射定律”課例研究

王興剛 林樹(shù)艷

【研究背景】

一、研究主題的意義和價(jià)值

在中學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，應(yīng)充分了解物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和重要性，便于教師有的放矢地落實(shí)教學(xué)改革。結(jié)合物理學(xué)科的特點(diǎn)與教學(xué)要求，核心素養(yǎng)的內(nèi)涵包括物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。通過(guò)分析物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵發(fā)現(xiàn)，中學(xué)物理教學(xué)除了傳授基本理論知識(shí)以外，更要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力的培養(yǎng)，注重引導(dǎo)學(xué)生“學(xué)以致用”，讓他們體會(huì)學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣與重要性，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)，加深對(duì)物理知識(shí)的理解與應(yīng)用。另外，核心素養(yǎng)與物理能力二者相輔相成，一方面只有提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，才能真正增強(qiáng)學(xué)生的物理思維與物理能力;另一方面，學(xué)生的核心素養(yǎng)離不開(kāi)物理學(xué)科知識(shí)的支持。因此，培養(yǎng)核心素養(yǎng)符合物理教學(xué)改革需要，也是落實(shí)物理教學(xué)目標(biāo)的必要手段。隨著認(rèn)識(shí)的深入，人類(lèi)把關(guān)于周?chē)澜绲闹R(shí)分成不同的學(xué)科。這種人為的劃分具有更方便地描述事物不同類(lèi)別性質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，但也喪失了對(duì)自然界的整體把握。然而，近代科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是本世紀(jì)以來(lái)的科學(xué)進(jìn)步，逐步揭示了物質(zhì)的不同存在形式和運(yùn)動(dòng)形式之間存在著的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)了原來(lái)被分割開(kāi)的各門(mén)學(xué)科之間的聯(lián)系和共性以及各門(mén)學(xué)科共有的最基本、最本質(zhì)的概念，自然界的本質(zhì)進(jìn)一步得以顯示。因此，物理教學(xué)將培養(yǎng)符合時(shí)代發(fā)展需要的理想人才，使學(xué)生全面發(fā)展，讓學(xué)生整體地了解科學(xué)的發(fā)展及其與社會(huì)科學(xué)的相互滲透等。

二、選定研究課題的依據(jù)和過(guò)程

“光的反射定律”是初中光學(xué)的核心內(nèi)容之一，是“光的直線(xiàn)傳播”的引申，也是實(shí)施“探究式”教學(xué)的有效陣地。本節(jié)課集物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律于一身，學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，可以為下一步學(xué)習(xí)“平面鏡成像”鋪平道路，為學(xué)習(xí)“光的折射”奠定基礎(chǔ)，經(jīng)歷提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析論證、交流與評(píng)估這一完整的科學(xué)探究過(guò)程使科學(xué)探究能力得到充分鍛煉。

【研究過(guò)程】

教學(xué)目標(biāo)：

1.知識(shí)與技能

（1）了解光在一些物體表面可以發(fā)生反射。認(rèn)識(shí)光反射的規(guī)律，了解法線(xiàn)、入射角和反射角的含義。

（2）理解反射現(xiàn)象中光路的可逆性，了解什么是鏡面反射，什么是漫反射。

2.過(guò)程與方法

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察光的反射現(xiàn)象，體驗(yàn)和感悟“我們是如何看見(jiàn)不發(fā)光的物體的”。

（2）通過(guò)探究“光反射時(shí)的規(guī)律”，用實(shí)驗(yàn)的方法獲得反射光線(xiàn)、入射光線(xiàn)和法線(xiàn)位置的關(guān)系，測(cè)量反射光線(xiàn)與法線(xiàn)、入射光線(xiàn)與法線(xiàn)的夾角，總結(jié)探究的結(jié)論，獲得比較全面的探究活動(dòng)體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、信息收集和處理能力以及分析概括能力。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）在探究“光反射時(shí)的規(guī)律”過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與探究活動(dòng)，密切聯(lián)系實(shí)際，提高科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活和社會(huì)的意識(shí)，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，在教學(xué)中滲透愛(ài)國(guó)主義教育。

重點(diǎn)與難點(diǎn)：

本節(jié)課的重點(diǎn)是用科學(xué)探究的方法得出光的反射規(guī)律、反射的可逆性。本節(jié)課的難點(diǎn)是用光的反射解釋一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象。

教學(xué)流程：

新課引入——

觀看一組圖片，思考：這是光的什么現(xiàn)象？

總結(jié)：光在同種均勻介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播。

觀看第二組圖片：這又是光在傳播中發(fā)生的什么現(xiàn)象？

總結(jié)：反射、折射、全反射。

引入光纖通信，簡(jiǎn)介光纖通信之父高錕。復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容，簡(jiǎn)介丁達(dá)爾現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：從反射和折射現(xiàn)象入手認(rèn)識(shí)光纖通信，了解高錕，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和民族自豪感。從而引入課題。

光的反射定律——

用激光筆發(fā)出一束光線(xiàn)，射在平面鏡上，引導(dǎo)學(xué)生觀察一點(diǎn)、兩角、三線(xiàn)。在黑板上畫(huà)出反射圖，如圖1，熟悉與光的反射有關(guān)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)。

入射點(diǎn)O：入射光線(xiàn)與鏡面上的接觸點(diǎn);

入射光線(xiàn)：射向平面鏡的光線(xiàn);

反射光線(xiàn)：射出平面鏡的光線(xiàn);

法線(xiàn)ON：通過(guò)入射點(diǎn)且垂直于鏡面的直線(xiàn);

（提示：法線(xiàn)是為了研究問(wèn)題方便而引入的輔助線(xiàn)，

本身并不存在，所以法線(xiàn)用虛線(xiàn)表示，一定要與光線(xiàn)的畫(huà)法區(qū)分開(kāi)。）

入射角i：入射光線(xiàn)與法線(xiàn)的夾角;

反射角r：反射光線(xiàn)與法線(xiàn)的夾角。

設(shè)計(jì)意圖：為探究光的反射規(guī)律做好鋪墊

提出問(wèn)題：反射光線(xiàn)、入射光線(xiàn)和法線(xiàn)在空間上有怎樣的位置關(guān)系？ 反射角和入射角有怎樣的大小關(guān)系？

設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：教師演示實(shí)驗(yàn)，研究光的反射中三線(xiàn)的位置關(guān)系。選擇對(duì)光反射能力強(qiáng)的平面鏡做反射面，用白色硬紙板和白紙顯示光的傳播路徑。

（1）如圖2甲所示，先使E、F在同一平面，使入射光線(xiàn)沿紙板射向鏡面上的O點(diǎn)，觀察從鏡面反射的光線(xiàn)的方向;

（2）改變?nèi)肷涔饩€(xiàn)的方向，觀察反射光線(xiàn)的方向怎樣改變;

（3）按圖2乙那樣，把紙片F(xiàn)向前折或向后折，F(xiàn)上還能看到反射光線(xiàn)嗎？

（4）探究反射角和入射角的關(guān)系：用量角器量出反射角（r）和入射角（i）的大小，記錄角的大小并進(jìn)行比較。

設(shè)計(jì)意圖：進(jìn)一步熟悉科學(xué)探究的步驟和方法，掌握光的反射規(guī)律。多選擇幾個(gè)入射角是為了避免偶然性，發(fā)現(xiàn)普遍規(guī)律。

學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和得到的結(jié)論，師生共同分析總結(jié)出光的反射定律。

得出結(jié)論：①反射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)、法線(xiàn)在同一平面內(nèi);②反射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居法線(xiàn)的兩側(cè);③反射角等于入射角。

說(shuō)明：（1）光的反射定律可概括為十二個(gè)字：三線(xiàn)共面，法線(xiàn)居中，兩角相等。（2）反射定律的反射角等于入射角，不能說(shuō)入射角等于反射角，因?yàn)橄扔腥肷?，后有反?入射在前，反射在后;入射是因，反射是果。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)讓學(xué)生觀察得出三線(xiàn)在空間的位置關(guān)系。光的反射規(guī)律是一成不變的，所以光的反射規(guī)律可以稱(chēng)為光的反射定律。

反射光路是可逆的——

問(wèn)題引入：觀察圖片，思考為什么小聰能看到小貓的同時(shí)，小貓也能看到小聰呢？

實(shí)驗(yàn)探究：略。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光在反射時(shí)光路是可逆的。

解釋引入的問(wèn)題：因?yàn)樾∝埻ㄟ^(guò)鏡子看到了小聰?shù)难劬?，同時(shí)小聰也通過(guò)鏡子看到了小貓的眼睛。

結(jié)論：光在反射時(shí)光路是可逆的。

鏡面反射和漫反射——

問(wèn)題引入：將一塊平面鏡放置在白紙上，用光去照射，你看到的是白紙更亮還是鏡子更亮？

在學(xué)生做出回答后，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察演示實(shí)驗(yàn)。首先給出兩種不同的反射面，用同一平行光去照射這兩種反射面，觀察反射光線(xiàn)的區(qū)別。

教師演示實(shí)驗(yàn)：

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)觀察得出兩種反射的不同，讓學(xué)生加深對(duì)反射時(shí)光路可逆的理解，體會(huì)反射定律的應(yīng)用。

說(shuō)明：在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師首先要交代清楚實(shí)驗(yàn)中器材的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)都是平行光源，不同點(diǎn)是反射面的不同。這樣學(xué)生就很容易得出鏡面反射和漫反射在反射時(shí)的不同，使問(wèn)題得到及時(shí)解決。以實(shí)驗(yàn)為載體能真正調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，學(xué)生的思維活躍了，經(jīng)歷了規(guī)律得出的過(guò)程，也驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)這個(gè)載體的充分作用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：反射的種類(lèi)及反射特點(diǎn)。

解釋引入的問(wèn)題：白紙發(fā)生了漫反射，反射光線(xiàn)進(jìn)入了你的眼睛;鏡子發(fā)生了鏡面反射，反射光線(xiàn)沒(méi)能進(jìn)入你的眼睛。因此白紙看起來(lái)更亮。

討論與交流——

問(wèn)題1：生活中有哪些裝置應(yīng)用了光的反射知識(shí)？

問(wèn)題2：光的反射現(xiàn)象給我們的生活帶來(lái)了哪些應(yīng)用？產(chǎn)生了哪些危害？

小結(jié)——

1.反射定律內(nèi)容;2.反射時(shí)光路可逆;3.反射的種類(lèi);4.反射的現(xiàn)象。

【研究的成效與反思】

一、課堂教學(xué)的成效

學(xué)生的角度：打破了游戲、體驗(yàn)、復(fù)習(xí)等常規(guī)化的新課導(dǎo)入模式，從身邊的現(xiàn)象到知識(shí)的擴(kuò)展均給學(xué)生耳目一新的感受，也升華了本節(jié)知識(shí)，對(duì)光纖之父高錕的介紹滲透了愛(ài)國(guó)主義情感，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的廣義思維。兩個(gè)引入既拓寬了學(xué)生的視野，又能夠體現(xiàn)從物理走向社會(huì)、走入生活這一教學(xué)根本目標(biāo)。

教師的角度：本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將以往三條定律都放手給學(xué)生探究的模式改為前兩條教師演示，后一條學(xué)生充分探究的模式，這種模式既能讓學(xué)生印象深刻，也保證了學(xué)生的探究時(shí)間，使探究結(jié)論更具有普遍意義。教師在設(shè)置問(wèn)題環(huán)節(jié)中按照“設(shè)問(wèn)——演示實(shí)驗(yàn)——討論得出結(jié)論——解釋設(shè)問(wèn)”的模式進(jìn)行，讓學(xué)生充分參與的同時(shí)落實(shí)了教學(xué)目標(biāo)。

在教學(xué)中，教師要為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供足夠的時(shí)間和空間，適當(dāng)布置課外小制作、小實(shí)驗(yàn)、探索實(shí)驗(yàn)等，以增強(qiáng)學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力、與人合作能力、處理數(shù)據(jù)能力、創(chuàng)新能力等，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。課堂為學(xué)生提供充足的自主學(xué)習(xí)和與同學(xué)合作交流的時(shí)間，讓學(xué)生能夠平等地參與教學(xué)，克服心理障礙，大膽質(zhì)疑。允許學(xué)生有不同的觀點(diǎn)，允許學(xué)生發(fā)生失誤和錯(cuò)誤，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，開(kāi)拓學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，學(xué)生才更容易發(fā)現(xiàn)各知識(shí)之間的聯(lián)系，受到啟示，觸發(fā)聯(lián)想，產(chǎn)生遷移和連結(jié)，形成新的觀點(diǎn)和新的理論，達(dá)到認(rèn)識(shí)上的飛躍。拓寬知識(shí)面也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)必須重視牢固的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，因此，在物理教學(xué)中，教師要講得精，要讓學(xué)生學(xué)得透、練得巧。教師只有有意識(shí)地將科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度當(dāng)作教學(xué)目標(biāo)，才能巧妙地發(fā)掘、發(fā)展科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)這一載體，使之成為培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的有效手段。

二、主要成果和結(jié)論

演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教師經(jīng)常運(yùn)用的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，要求教師除按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行規(guī)范操作外，還需要注意以下細(xì)節(jié)：

1.操作前要向?qū)W生詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)的目的和原理，以提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效性。

2.演示過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生把注意力集中到要觀察的對(duì)象和環(huán)節(jié)上，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的性。

3.演示儀器的位置要適宜，應(yīng)盡可能在學(xué)生都能觀察到的范圍內(nèi)，注意儀器設(shè)備安放的角度，提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)的直觀性。

4.演示儀器必須展示的部分應(yīng)盡量醒目，以提高學(xué)生的注意力，減少觀察的盲目性。

5.演示過(guò)程中應(yīng)配合適時(shí)的講解和手勢(shì)，充分啟發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)將學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)提高并概括，形成概念和規(guī)律。

6.演示結(jié)束后應(yīng)及時(shí)把儀器從講臺(tái)上移開(kāi)，以免分散學(xué)生的注意力或阻擋學(xué)生的視線(xiàn)。

以先進(jìn)的教學(xué)理念進(jìn)行教學(xué)，將傳統(tǒng)引入環(huán)節(jié)變成知識(shí)升級(jí)環(huán)節(jié)，不僅能讓學(xué)生學(xué)到科學(xué)知識(shí)，學(xué)到科學(xué)研究方法，增強(qiáng)科學(xué)能力，養(yǎng)成正確的科學(xué)情感、態(tài)度和價(jià)值觀，同時(shí)也能讓學(xué)生正確地認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)設(shè)計(jì)貼近學(xué)生的生活，有利于讓學(xué)生從熟悉的生活現(xiàn)象中探究并認(rèn)識(shí)物理規(guī)律，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到的物理知識(shí)及科學(xué)研究方法與社會(huì)實(shí)踐結(jié)合，讓學(xué)生體會(huì)到物理在生活與生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。這不僅可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣和科學(xué)探究能力。在教學(xué)中展示教材內(nèi)容和廣闊的信息資源之間的開(kāi)放性聯(lián)系，滲透愛(ài)國(guó)主義教育，可使教材內(nèi)外、課堂內(nèi)外、學(xué)校內(nèi)外的物理學(xué)習(xí)有效結(jié)合，提高學(xué)生的興趣及認(rèn)知水平。