巧設(shè)探究 激發(fā)思維①
——以“光的直線傳播”教學(xué)為例

孫長云

(江蘇省南京市六合區(qū)金牛湖初級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 211521)

1 引言

“光的直線傳播”是蘇科版初中物理八年級(jí)上冊第三章第三節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容是光的直線傳播及其應(yīng)用。光的直線傳播既是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，又是學(xué)習(xí)光的反射定律、折射規(guī)律的必備知識(shí)。本節(jié)內(nèi)容與日常生活緊密聯(lián)系，學(xué)生在日常生活和小學(xué)科學(xué)課中已經(jīng)知道光沿直線傳播的結(jié)論，但認(rèn)識(shí)較為淺顯。初中生思維活躍，對自然界中的很多現(xiàn)象充滿好奇，然而動(dòng)手能力、邏輯抽象思維能力較弱，但他們對色彩、動(dòng)畫、游戲等比較感興趣。教師需設(shè)計(jì)系列活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生探究，歸納得出光沿直線傳播的規(guī)律。

1.1 教學(xué)目標(biāo)

(1) 通過探究，知道光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，會(huì)用光沿直線傳播來解釋影子、日食、月食、小孔成像等現(xiàn)象。

(2) 學(xué)習(xí)物理模型建構(gòu)的方法，用一根帶有箭頭的直線表示光的傳播路線，會(huì)畫簡單的光路圖。

(3) 知道光在真空中的傳播速度，了解光在不同介質(zhì)中的傳播速度一般不同。

(4) 通過小組合作實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)探究和合作交流能力。

1.2 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，解釋簡單的現(xiàn)象。

難點(diǎn)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，顯示光的傳播路線，建構(gòu)光線模型。

1.3 教具準(zhǔn)備

酒精燈、強(qiáng)光手電筒、激光筆、橙汁、水、鐵架臺(tái)、細(xì)棉線、果凍、噴霧器、白布、L形光源、用紙杯制作的針孔照相機(jī)、硬紙板等。

2 教學(xué)過程

2.1 導(dǎo)入

情境引入：播放春晚視頻《逗趣》，學(xué)生玩手影游戲。

教師提問：影子的形成說明了什么？

2.2 新課教學(xué)

(1) 光的直線傳播

問題1：激光筆射出光束，光是沿什么路徑從光源處傳播到墻上的？我們有什么辦法將光的傳播路徑顯示出來？

探究活動(dòng)1：顯示光的傳播路徑

教師手拿一支激光筆將光射向白布，提問：光從激光筆發(fā)出來之后是如何傳到白布上去的？它的路徑是怎樣的呢？請同學(xué)們根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)提出自己的猜想。

生：光是沿直線傳播的。

師：同學(xué)們猜想光是沿直線傳播的，那么怎樣檢驗(yàn)猜想的正確性呢？因?yàn)榭諝馓”?，如果把光直接射向空氣，看不到光的徑跡。

師：請同學(xué)們利用講臺(tái)上的器材(激光筆、噴霧器等)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證光在空氣中是不是沿直線傳播，請大家邊討論，邊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，比比看，哪個(gè)小組想出的辦法好。

師：現(xiàn)在請一個(gè)小組的同學(xué)把你們設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)操作給大家看看？

學(xué)生上臺(tái)演示，用噴霧器順著光的方向噴水霧，看到一條發(fā)光線。

師：大家看到了什么現(xiàn)象？

生：光在空氣中的徑跡是一條直線。

師：這組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)演示非常好，我們在空氣中看到了一條很明顯的直線，驗(yàn)證了光在空氣中沿直線傳播的猜想。

設(shè)計(jì)意圖：在光的直線傳播探究活動(dòng)中，顯示光在空氣、水中的傳播路徑是一個(gè)難點(diǎn)，可以利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)(陽光射進(jìn)灰塵飛舞的教室)或觀察圖片(林中的光柱)，想出在空氣中噴煙霧、在水中加橙汁的方法，利用光的漫反射呈現(xiàn)光的傳播路徑。所以要讓學(xué)生經(jīng)歷光在透明的水中、玻璃中看不清傳播路徑的過程，從而想辦法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，使現(xiàn)象明顯。

問題2：光沿直線傳播應(yīng)滿足什么條件？

探究活動(dòng)2：探究光沿直線傳播的條件

師：僅憑剛才的光在空氣中傳播的實(shí)驗(yàn)，我們能夠得出光沿直線傳播的結(jié)論嗎？要使結(jié)論更加可信，還需要補(bǔ)充哪些實(shí)驗(yàn)？

我又給大家準(zhǔn)備了一些實(shí)驗(yàn)器材(激光筆、裝水的燒杯、少許橙汁、玻璃棒、玻璃磚、果凍等)，請大家思考：怎樣驗(yàn)證光在水中和玻璃中是沿直線傳播的？

在水中先不倒入橙汁，發(fā)現(xiàn)光的徑跡不明顯后，學(xué)生想到加入橙汁(或牛奶)再觀察。玻璃磚先不墊在黑紙上，發(fā)現(xiàn)光的徑跡不明顯后，再讓學(xué)生把玻璃磚墊在黑紙上觀察。

師：如果光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)，或者在同種不均勻的介質(zhì)中又會(huì)怎樣傳播呢？還是直線傳播么？請大家先猜想，再用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)：光從空氣中射入水中

現(xiàn)象：光線發(fā)生偏折。

教師固定激光筆，使它發(fā)出一束激光射向遠(yuǎn)處墻壁，在光線經(jīng)過的路徑上點(diǎn)燃兩盞酒精燈，墻上的光斑有何變化？

生：墻上光斑發(fā)生晃動(dòng)。

師：“光沿直線傳播”是有條件的，光在同種均勻介質(zhì)中才會(huì)沿直線傳播。

設(shè)計(jì)意圖：得出“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”這一結(jié)論，需要大量證據(jù)，運(yùn)用歸納法得出結(jié)論。但是大量證據(jù)不是現(xiàn)象的簡單堆砌，不是簡單枚舉，而是需要科學(xué)歸納。所以實(shí)驗(yàn)所選物質(zhì)要涵蓋不同狀態(tài)的物質(zhì)(如固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等)。教師提出問題：要想得出的結(jié)論更可信，你認(rèn)為還需要補(bǔ)充哪些實(shí)驗(yàn)？激發(fā)學(xué)生思考，在討論交流中選擇合適的介質(zhì)。這時(shí)學(xué)生會(huì)認(rèn)為光在所有物質(zhì)中都沿直線傳播，教師提出問題：光是不是總是沿直線傳播？有沒有條件？啟發(fā)學(xué)生思考反例，培養(yǎng)學(xué)生的求異思維，通過觀察兩個(gè)反例，正反對比得出完備的結(jié)論。

問題3：你能畫出圖1中物體在墻上的影子范圍嗎？

圖1

建立光線模型時(shí)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生畫出物體在墻上的影子范圍。學(xué)生最初不能確定影子范圍，教師用電筒光照物體顯示出影子，用拉直的棉線從光源經(jīng)過障礙物邊緣到達(dá)影子邊緣，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)點(diǎn)在一條直線上。換個(gè)位置，對應(yīng)點(diǎn)依然在一條直線上(圖2)。再給細(xì)線加上箭頭，就可以地表示光的傳播路徑和方向，這就是光線。

圖2

設(shè)計(jì)意圖:光的傳播路徑怎樣表示？帶著疑問，教師通過演示實(shí)驗(yàn)(拉棉線)使學(xué)生仿佛看見一條條光線在傳播，再加上箭頭更能形象地表示光的傳播路徑。這時(shí)水到渠成，再講“光線”概念，利用光線完成墻上影子的范圍就容易得多了。模型法在后面力的示意圖、杠桿、磁感線等的教學(xué)中會(huì)多次用到，但不能生搬硬套，還是要循序漸進(jìn)，凸顯學(xué)生的思維生長過程。

(2) 光的直線傳播的應(yīng)用

問題4：光的直線傳播在生活中有哪些現(xiàn)象和應(yīng)用？

生：影子和日晷計(jì)時(shí)、日食和月食、小孔成像、射擊瞄準(zhǔn)等。

探究活動(dòng)3：小孔成像探究

教師先出示圖片介紹《墨經(jīng)》中關(guān)于小孔成像的記載，然后讓學(xué)生取出用紙杯制作的針孔照相機(jī)，小孔的形狀有三角形、長方形、圓形等，介紹各部件的作用。

點(diǎn)亮黑板一角的L形光源，學(xué)生分組進(jìn)行探究：①觀察小孔成像，重點(diǎn)觀察像的倒正和虛實(shí)(圖3)；②思考小孔成倒立像的原因，畫出光路圖；③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證像的形狀與小孔形狀是否有關(guān)；④設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證像的大小與距離是否有關(guān)。最后教師用帶孔的硬紙板模擬小孔，用兩根貼上箭頭的不同顏色電線代表兩條光線，從光源出發(fā)，穿過硬紙板到達(dá)光屏(圖4)。呈現(xiàn)出光線交叉行進(jìn)的場景，加深小孔成像成倒立、實(shí)像的印象。

圖3

圖4

設(shè)計(jì)意圖：小孔成像的特點(diǎn)是“倒立的實(shí)像”，怎么去證明？通過讓學(xué)生觀察光源的形狀L和半透明光屏上像的形狀，在黑板上畫出物、像形狀，通過對比分析，得出成倒立實(shí)像的結(jié)論，為后面學(xué)習(xí)平面鏡成像、凸透鏡成像打下基礎(chǔ)。小孔成像的形狀是否與孔的形狀有關(guān)？需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，采用控制變量法，改變孔的形狀，保持其他條件不變，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論。

3 教學(xué)反思

(1) 教學(xué)設(shè)計(jì)要符合學(xué)生的認(rèn)知邏輯和學(xué)科邏輯，做到低起點(diǎn)、緩坡度、勤反饋。初中生關(guān)于光的直線傳播擁有一定的前概念，在日常生活中積累了許多經(jīng)驗(yàn)，如晚上手電筒的光束、雨霧天汽車車燈的光柱等。教師提出問題后，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生歸納出光的直線傳播規(guī)律，充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位。通過師生演示，引導(dǎo)學(xué)生明白“光的直線傳播”是有條件的，思維逐步深入，知識(shí)的建構(gòu)也水到渠成。

(2) 教師要善于運(yùn)用生活素材創(chuàng)設(shè)情境，從情境中提煉問題，讓學(xué)生通過探究解決問題，獲取知識(shí)，習(xí)得方法。問題要有針對性、啟發(fā)性、層次性，本節(jié)課設(shè)計(jì)了4個(gè)主問題，涵蓋了本節(jié)最重要的知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)主問題又設(shè)計(jì)了相關(guān)的子問題，環(huán)環(huán)相扣，逐步深入。學(xué)生通過合作探究、師生交流、生生交流，學(xué)生都能去想、去做、去表達(dá)、去感悟。師生通過問題解決，自然得出正確的結(jié)論?！皢栴}·探究”思維生長課堂還能使學(xué)生從中掌握探索物理現(xiàn)象的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，教學(xué)充分體現(xiàn)了在做中學(xué)、在學(xué)中悟的理念。

(3) 要關(guān)注教與學(xué)的多元評價(jià)。本節(jié)課通過課前預(yù)習(xí)評價(jià)、課中活動(dòng)評價(jià)、當(dāng)堂反饋評價(jià)，評價(jià)形式多樣，評價(jià)主體多元化，注重學(xué)法指導(dǎo)。在三個(gè)探究活動(dòng)中，以問題引領(lǐng)思維，以探究發(fā)展思維。通過本節(jié)課，學(xué)生體會(huì)了歸納法的運(yùn)用、求異思維對得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的作用、模型法和控制變量法的運(yùn)用等。物理教育的目的不應(yīng)只是教給學(xué)生知識(shí)，更應(yīng)該多滲透科學(xué)方法教育，真正促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展，讓學(xué)生成為會(huì)思考的人。