核心素養(yǎng)視域下初中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)案例
——以“光的直線傳播”為例

盧 飛

(江蘇省連云港市大嶺中學(xué),江蘇 連云港 222141)

1 結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際創(chuàng)設(shè)物理學(xué)習(xí)情境,落實(shí)核心素養(yǎng)

1.1 結(jié)合實(shí)際創(chuàng)設(shè)情境

初中物理新課程要求物理教學(xué)要聯(lián)系學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)實(shí)際,創(chuàng)設(shè)物理學(xué)習(xí)情境,培養(yǎng)學(xué)生的探究能力,培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng).現(xiàn)以初中物理的《光的直線傳播》為例,探討物理教學(xué)中學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)[1].

以下是課堂教學(xué)實(shí)錄:

師:同學(xué)們,請欣賞(播放視頻——多彩的光),學(xué)生觀看、思考.師:同學(xué)們,這些視頻中的風(fēng)景很漂亮,說說有哪些漂亮的風(fēng)景呢?生答(略).師:同學(xué)們說的很好,有雨后的彩虹七彩斑斕,秋天的風(fēng)景絢麗多彩,城市的夜景燈火璀璨……這些都與什么有關(guān)呢?生:與光有關(guān).師:光讓我們的世界豐富多彩,光給我們帶來了光明與視覺,光是哪些物體發(fā)出的呢?我們一起探究光的足跡,開啟光學(xué)之旅!教師出示一組圖片:太陽、螢火蟲、燈籠魚、點(diǎn)燃的蠟燭、發(fā)光的燈泡等等.師:同學(xué)們看看這些物體有什么共同的特點(diǎn)?生(舉手):能夠發(fā)光.師(板書)光源:能夠發(fā)光的物體叫做光源.師:同學(xué)們閱讀課本69頁第一二段,哪些物體是光源?可以分為幾類?并說明原因(時間2分鐘).生答(略).

1.2 核心素養(yǎng)落實(shí)體現(xiàn)

在該教學(xué)片段中,首先讓學(xué)生欣賞熟悉的生活場景,美麗的自然風(fēng)光給人以美的享受,漂亮的夜景讓城市更有魅力,進(jìn)而引領(lǐng)學(xué)生熱愛生活,保護(hù)生態(tài),人與自然和諧相處,激發(fā)學(xué)生的興趣,直接切入主題,引導(dǎo)學(xué)生“探究光的足跡”,從而認(rèn)識光源,光源的分類,進(jìn)一步辨析月亮等反射光的物體不屬于光源.利用學(xué)生比較熟悉的生活環(huán)境作為素材引入課題,使學(xué)生感覺到學(xué)習(xí)物理并不困難,把學(xué)生的學(xué)習(xí)活動引向深入,自然順利地完成學(xué)習(xí)內(nèi)容,學(xué)生思維能力得到提升,核心素養(yǎng)得以真正落地.

2 結(jié)合分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)得出規(guī)律,落實(shí)核心素養(yǎng)

2.1 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計中創(chuàng)設(shè)情境,在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中得出規(guī)律

把學(xué)生分成小組,教師為每個小組提前準(zhǔn)備好器材:半燒杯的水(加少許牛奶)、橘黃色的果凍、小玻璃磚、小噴霧器、手電筒、激光筆等.師:請同學(xué)們猜一猜,光在空氣、水及果凍這些透明的介質(zhì)中怎樣傳播[2]?生(1,2,3):可能沿直線,可能沿曲線,也有可能沿折線等.師:大家的猜想是否正確,我們應(yīng)該用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證.師(實(shí)驗(yàn)前交代安全注意事項(xiàng)):6分鐘完成實(shí)驗(yàn)后各組推薦同學(xué)匯報,并上臺展示.教師來回巡視并適當(dāng)提供指導(dǎo)和點(diǎn)撥.師:時間到,各組推薦代表展示.同學(xué)們紛紛舉手回答并上臺展示,如圖1所示分別是光在空氣中、水中及果凍中沿直線傳播的展示圖片.

圖1 光在不同物質(zhì)中的傳播

師:同學(xué)們剛才的展示效果很好,下面請觀察這個演示實(shí)驗(yàn),如圖2所示,這是我自制的玻璃箱水槽(長40 cm、寬15 cm、高30 cm),裝入適量的水,用綠色的激光筆從上方射向水中,用噴霧器噴出水霧來顯示光在空氣中的傳播路徑,當(dāng)光從上方的空氣射向水中時,在界面處發(fā)生了什么?生答:光路不是直線.

師:由此證明了什么?生答:光單獨(dú)在空氣中或者單獨(dú)在水中沿直線傳播.師:觀察很仔細(xì).請同學(xué)們繼續(xù)觀看下面的演示實(shí)驗(yàn),光真的是沿直線傳播的嗎?

如圖3所示,在支架上固定好小型的水槽,先用4個相同的大燒杯盛好一樣多且溫度相同的溫開水,4個燒杯中按4∶3∶2∶1的比例加入一定量的白砂糖,用玻璃棒攪拌均勻,這樣配制出不同濃度的糖水,按濃度從大到小的順序分別倒入水槽中,水槽內(nèi)的糖水是不均勻的,這時用激光筆射向不均勻的糖水中.

師:請同學(xué)們觀察光在糖水中的傳播路徑,能看到什么現(xiàn)象?生:光在不均勻的糖水中發(fā)生了彎曲.

師:請一位同學(xué)上臺用玻璃棒攪勻糖水,再用激光束斜射入同種均勻的糖水中,師:又發(fā)生了什么現(xiàn)象?生:在均勻糖水中光是沿直線傳播的.

師:對比兩次演示實(shí)驗(yàn),能得出光沿直線傳播的條件嗎?請說一說,生:光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播.

圖2 光的傳播路徑 圖3 不同濃度糖水的傳播路徑

2.2 核心素養(yǎng)落實(shí)體現(xiàn)

該教學(xué)片段,教師把學(xué)生分成小組,并準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材.首先讓學(xué)生從生活實(shí)際中舉出光沿直線傳播的一些實(shí)例,然后進(jìn)行猜想光的傳播路徑,通過自己尋找實(shí)驗(yàn)器材,小組合作完成實(shí)驗(yàn),從而驗(yàn)證光沿直線傳播是需要一定條件的.在通過實(shí)驗(yàn)探究得出結(jié)論的過程中,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的能力.教師自制實(shí)驗(yàn)器材,學(xué)生觀察對比兩次演示實(shí)驗(yàn)后,能夠通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出規(guī)律[3].用這樣的探究方式來組織學(xué)生學(xué)習(xí),由淺入深,層層遞進(jìn),按照“光如何傳播”的邏輯拆分為:(1)探尋光在同種介質(zhì)中的傳播路徑;(2)探尋光在不同介質(zhì)界面的傳播路徑;(3)探尋光在不均勻介質(zhì)內(nèi)部的傳播路徑.這樣做把單調(diào)的傳授知識轉(zhuǎn)化為通過實(shí)驗(yàn)探究獲取知識,實(shí)現(xiàn)了從感性認(rèn)識向理性認(rèn)識的飛躍,培養(yǎng)學(xué)生歸納概括的能力,有效提升了學(xué)生核心素養(yǎng)的落實(shí).

3 在實(shí)驗(yàn)探究中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題,落實(shí)核心素養(yǎng)

師:既然光沿直線傳播,那么如何畫出它的路徑及其方向?如何描述呢?想一想怎么畫?哪位同學(xué)上來畫出來?一位學(xué)生走上講臺,在白板上沿著光的傳播徑跡畫了出來,如圖4所示,師:同學(xué)們掌聲在哪里?師:光是真實(shí)存在的嗎?生:是.師:光線是嗎?生:不是,是我們畫出的.師生總結(jié):我們先畫出一條直線,并在直線中間的適當(dāng)位置畫出箭頭,這樣就可以把光的傳播路徑和方向表示出來了.作圖時畫出的這條直線表示光的傳播徑跡,畫出的箭頭表示傳播方向(教師畫圖,如圖5所示),因此光線是畫出來的,是一種理想模型法.

圖4 光的傳播徑跡 圖5 所畫光的傳播方向

師:在生產(chǎn)生活中,光沿直線傳播有哪些應(yīng)用?請同學(xué)們從我們身邊舉出一些實(shí)例.生(1,2,3):上體育課時、國慶閱兵時排隊(duì)看齊等等都應(yīng)用了光沿直線傳播.師:同學(xué)們說得很好,如在實(shí)際生產(chǎn)中種植秧苗,植樹時種植成一排排等等都應(yīng)用了這一道理.同學(xué)們繼續(xù)思考,在修建高速公路時要穿過大山,用什么辦法才能保證挖掘的隧道沿直線呢?(教師通過播放激光準(zhǔn)直的視頻引導(dǎo)學(xué)生思考)生:應(yīng)用了激光準(zhǔn)直.

師:光沿直線傳播還可以用來解釋哪些生活現(xiàn)象呢?師引導(dǎo)學(xué)生分析影子的形成,手影游戲及皮影戲(生觀看圖片).師:現(xiàn)在桌面上有手電筒、乒乓球、小皮球、日晷、玩具手槍、蠟燭、火柴、紙杯(杯底有不同形狀的小孔)、小塑料袋、細(xì)橡皮筋等器材,同學(xué)們自選器材,給大家6分鐘時間,通過實(shí)驗(yàn)探究光沿直線傳播現(xiàn)象的一些模擬實(shí)例,教師來回巡查指導(dǎo).

師:時間到,請各組推薦代表上臺展示,上臺展示的小組可以獲得一些小禮物,希望同學(xué)們積極行動,各組展示一個,下一組不可重復(fù),自愿的請舉手(同學(xué)們紛紛舉手),有請第1組代表上臺展示日食、月食形成的原因.生1簡述:用手電筒發(fā)光代表太陽發(fā)光,乒乓球代表月球,小皮球代表地球,當(dāng)乒乓球轉(zhuǎn)到手電筒光和小皮球之間,乒乓球的影子投到皮球上,這時處在影區(qū)的人們能看到日食現(xiàn)象;同理當(dāng)小皮球轉(zhuǎn)到手電筒光和乒乓球之間在一條直線上時發(fā)生的是月食現(xiàn)象.8組代表上臺展示日晷影子的形成,生2簡述:當(dāng)手電筒光運(yùn)轉(zhuǎn)時照射到日晷上,日晷桿的影子落在日晷面盤上,可以粗略測出時間.第10組代表上臺展示,生3用玩具手槍模擬瞄準(zhǔn)射擊,應(yīng)用了光沿直線傳播的道理.第12組代表上臺展示,生4簡述:利用蠟燭火焰、帶孔的紙杯,紙杯上用橡皮筋扎緊塑料薄膜,通過改變蠟燭的燭焰與杯底之間的距離,可以在塑料薄膜上觀察到燭焰倒立的像.成像原理通過觀察視頻并引導(dǎo)學(xué)生得出如下結(jié)論:(1)燭焰的光通過小孔后上下相反,所以像是倒立的實(shí)像;(2)在前面的實(shí)驗(yàn)中改變了小孔的形狀,但實(shí)像不變,說明像與小孔的形狀無關(guān);(3)改變燭焰到小孔的距離或者改變像到小孔的距離,像的大小會改變.

3.2 核心素養(yǎng)落實(shí)體現(xiàn)

在組織學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中,學(xué)生完成實(shí)驗(yàn),探究了影子的形成、日食、月食及小孔成像的成因.教師介紹墨子發(fā)現(xiàn)了小孔成像的實(shí)驗(yàn)原理,以實(shí)驗(yàn)的來歷對學(xué)生進(jìn)行熱愛科學(xué)、愛國情懷的思想教育,最后再通過視頻圖片進(jìn)一步解釋得出小孔成像的三條結(jié)論.實(shí)驗(yàn)是模型建構(gòu)的條件,是形式邏輯思維的核心,是任何講述無法替代的;事實(shí)的呈現(xiàn)、得出結(jié)論離不開實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)才能將真實(shí)情境與現(xiàn)實(shí)模型建立聯(lián)系;實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐活動是促使物理教學(xué)走向物理育人的重要載體,實(shí)驗(yàn)是用來發(fā)現(xiàn)問題的,也是用來解決問題的,在探究過程中讓學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)了光沿直線傳播解釋的一些現(xiàn)象,此環(huán)節(jié)緊扣實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué),讓學(xué)生看得見、做得到、信得過,學(xué)習(xí)效果較好,培養(yǎng)學(xué)生交流合作及應(yīng)用知識的能力,學(xué)生核心素養(yǎng)得到進(jìn)一步的落實(shí)和提升.

總之,在《光的直線傳播》教學(xué)中,通過情境設(shè)計、問題探討、交流互助、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、展示實(shí)驗(yàn)及教師演示實(shí)驗(yàn)等多種途徑來驗(yàn)證光沿直線傳播的條件及其應(yīng)用,讓學(xué)生通過小組合作完成實(shí)驗(yàn)探究,得出結(jié)論,體現(xiàn)了“教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體,實(shí)驗(yàn)探究為核心”的物理教學(xué)理念,有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力,有利于學(xué)生的核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中落細(xì)、落實(shí).