基于核心素養(yǎng)的“光的反射”教學(xué)過程設(shè)計(jì)

核心素養(yǎng)的育人價(jià)值,主要是引導(dǎo)學(xué)生通過物理課程的學(xué)習(xí),形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力[1].在初中物理教學(xué)過程中,將核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和初中物理教學(xué)內(nèi)容相融合是每一位初中物理教師的使命,也是每一位初中物理教師的責(zé)任.下面,筆者就構(gòu)建基于核心素養(yǎng)的“光的反射”教學(xué)進(jìn)行初步設(shè)計(jì).1根據(jù)課程目標(biāo)和學(xué)情,制定素養(yǎng)目標(biāo)1.1課程目標(biāo)新課標(biāo)中對(duì)“光的反射”提出的目標(biāo)是通過構(gòu)建物理模型、科學(xué)探究等方法相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué),了解光的反射現(xiàn)象并掌握光的反射定律,實(shí)現(xiàn)光的反射的應(yīng)用與拓展[2].1.2學(xué)情分析光的反射現(xiàn)象在日常生活中隨處可見,學(xué)生對(duì)反射現(xiàn)象有一定的了解,對(duì)實(shí)際生活中反射的應(yīng)用也有一定的認(rèn)知.但是對(duì)部分前概念有不完全的認(rèn)知,甚至可能是一些錯(cuò)誤的認(rèn)知,在光的反射定律的探究過程中,對(duì)“光線”中形成的空間幾何關(guān)系的理解,學(xué)生存在學(xué)習(xí)盲區(qū)和難點(diǎn).1.3素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課的教學(xué)容量很大,包括如下內(nèi)容:光的反射基本物理量的概念、光的反射定律內(nèi)容、光的反射分類與應(yīng)用等.筆者按照初中學(xué)生的認(rèn)知水平,將該課程分為兩個(gè)重點(diǎn):第一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容是運(yùn)用魔術(shù)的方式引出教學(xué)課題,重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生建模并運(yùn)用科學(xué)探究的方法,研究光的反射定律和光路可逆性原理;第二個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容是光的反射分類與特征,以及平面鏡成像原理等的應(yīng)用研究,這部分內(nèi)容是光的反射原理的進(jìn)一步深化[3].2教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)構(gòu)建物理模型,通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探究光的反射定律是本節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn),也是學(xué)生進(jìn)一步理解平面鏡成像原理以及凸面鏡、凹面鏡成像與應(yīng)用等內(nèi)容的基礎(chǔ);本課的難點(diǎn)是運(yùn)用光的反射定律對(duì)平面鏡成像原理的理解和利用平面鏡改變光路的實(shí)際應(yīng)用.3光的反射教學(xué)過程3.1引入“魔術(shù)”,直面物理沖突初中生對(duì)物理的理解比較簡(jiǎn)單,形成的物理觀念不系統(tǒng),模糊不清,于是筆者借用他們生活中常見的物理現(xiàn)象和一般思維方法,建立了一個(gè)物理沖突,其目的在于引起學(xué)生對(duì)光的反射現(xiàn)象的注意.在課堂上,筆者先展示了一塊光屏,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)上面存在著一紅一綠兩個(gè)光斑,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在光屏前放置的一個(gè)“魔術(shù)暗箱”,在其側(cè)壁上放置了一上一下兩個(gè)光源,光源穿過“魔術(shù)暗箱”的兩邊側(cè)面玻璃板,傳播出兩條平行的激光光束.然后,筆者在“魔術(shù)箱”外的光束傳播路徑處噴灑水霧,引導(dǎo)他們描述并復(fù)習(xí)了光的直線傳播.接著,筆者讓一學(xué)生用一個(gè)擋板豎直插入“魔術(shù)箱暗”頂端的中央位置,擋在兩個(gè)光源之前,學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中一束光被擋住,光屏上的紅色光斑消失,而另一束光卻沒有被擋住,光屏上綠色光斑還在原處.由此,引發(fā)了學(xué)生對(duì)“魔術(shù)暗箱”內(nèi)部構(gòu)造的好奇,借此筆者引出教學(xué)的主題——光的反射.3.2棉線替代光線,發(fā)展科學(xué)思維從物理學(xué)視角看,科學(xué)思維是對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律以及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式.科學(xué)思維首先需要構(gòu)建一些物理模型,將其抽象概括,有時(shí)候還需要分析綜合、推理論證物理方法.關(guān)于“光的反射”內(nèi)容,筆者多次教學(xué)直接引入“法線”顯得生搬硬套,學(xué)生不易理解“法線”存在的必要性和重要性.老式的演示實(shí)驗(yàn)器材成像效果一般,不立體,得出的結(jié)論不夠嚴(yán)謹(jǐn),不利于初識(shí)光學(xué)的初中生形成科學(xué)思維.帶著這些問題,筆者決定改裝實(shí)驗(yàn)器材以建立更科學(xué)的光的反射模型.3.2.1觀察光的反射現(xiàn)象首先,在一個(gè)倒扣的半圓形玻璃器皿中央放上一塊平面鏡,為了看清光路,在器皿中點(diǎn)上一點(diǎn)香.然后,將激光器緊貼在半圓的玻璃面上斜照到器皿中的平面鏡上,光的反射現(xiàn)象呈現(xiàn)得一清二楚.最后,不斷改變照射角度,讓學(xué)生可以從多個(gè)角度觀察光的反射現(xiàn)象.3.2.2思考光的反射光路如何讓學(xué)生確定光的傳播路經(jīng),是研究光的反射規(guī)律的難點(diǎn).如圖1,筆者嘗試將光的傳播路徑用生活中隨手可得的棉線進(jìn)行模擬.在課堂上,筆者讓學(xué)生先在鏡子上繞上兩根十字交叉的橡皮筋,然后穿過橡皮筋的交叉位置,跨過一條棉線.拉直棉線的一頭,用激光筆貼著棉線照到鏡面上,在反射光的那一面用棉線的另一頭去“找”反射光,當(dāng)棉線兩頭都被照亮?xí)r,即光與棉線重合.用鐵架臺(tái)固定好棉線位置,取下光源,此時(shí)看得見摸得著的棉線模擬了看得見摸不到的光線,光的傳播路徑一目了然,將光線“可視化”.圖1光的傳播圖徑示意圖3.3創(chuàng)新實(shí)踐,經(jīng)歷科學(xué)探究3.3.1觀察模型,發(fā)現(xiàn)問題筆者讓學(xué)生利用棉線近距離“觀察”光的反射后,讓其利用游戲棒和花泥模擬“光的反射”,建立光的反射模型.大部分學(xué)生建立的模型是反射光線和入射光線關(guān)于入射點(diǎn)對(duì)稱,且入、反射光線處在同一個(gè)平面,且這個(gè)平面與鏡面垂直.筆者展示另一種模型:反射光線和入射光線也關(guān)于入射點(diǎn)對(duì)稱,但入、反射光線所處的平面沒有與鏡面垂直.引導(dǎo)學(xué)生觀察討論兩個(gè)模型的區(qū)別并提出問題:反射現(xiàn)象中,傳播路徑所在平面與鏡面呈垂直關(guān)系還是傾斜的關(guān)系?大部分學(xué)生提出光的反射所在平面與鏡面成垂直關(guān)系的猜想.3.3.2創(chuàng)新實(shí)踐,確定“法線”筆者展示自制實(shí)驗(yàn)教具如圖2,讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)過程:將一個(gè)大型的白屏先垂直固定在鏡面上,白屏上緊貼一個(gè)激光器對(duì)準(zhǔn)鏡面.當(dāng)激光器發(fā)出激光照射到鏡面一固定點(diǎn)時(shí),白屏上立即同時(shí)看到入射光和反射光,學(xué)生的猜想得到驗(yàn)證;當(dāng)學(xué)生保持白屏上的激光照到鏡面同一個(gè)位置,但不斷改變平面上照射角度時(shí),白屏上依然能同時(shí)看到兩條光線,學(xué)生進(jìn)一步驗(yàn)證了“反射光線和入射光線在同一平面內(nèi),且光的反射所在平面與鏡面垂直”的猜想;當(dāng)學(xué)生保持白屏上激光器照射的角度和入射點(diǎn)不變,只將白屏傾斜固定在鏡面上時(shí),學(xué)生們發(fā)現(xiàn)光屏上只能觀察到入射光線而反射光線“消失”了,根據(jù)之前提出的猜想,讓一學(xué)生嘗試用另一個(gè)白屏“找”反射光線.當(dāng)學(xué)生嘗試成功后,筆者引導(dǎo)學(xué)生觀察入射光線和反射光線的平面,發(fā)現(xiàn)它們?nèi)匀辉谕粋€(gè)平面內(nèi),且與鏡面成垂直關(guān)系.通過學(xué)生的多次嘗試,大家達(dá)成了光的反射的一個(gè)共識(shí),即無論入射光以哪個(gè)角度照到鏡面的同一個(gè)入射點(diǎn)時(shí),入、反射光線所在平面始終與鏡面成垂直關(guān)系.而這樣的無數(shù)個(gè)垂直平面有一個(gè)公共軸,該軸經(jīng)過入射點(diǎn),并且垂直于平面鏡,由此引出“法線”這一概念.圖2自制實(shí)驗(yàn)教具3.3.3深入研究,尋找規(guī)律學(xué)生再次拿出花泥“光的反射”模型,補(bǔ)充一根游戲棒充當(dāng)“法線”后,筆者進(jìn)一步引導(dǎo)大家經(jīng)歷光的反射規(guī)律的探究.針對(duì)“三線”是否共面、“兩線”是否分居、“兩角”是否相等的問題,學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)逐步驗(yàn)證了他們的猜想,最后總結(jié)出光的反射定律.3.4應(yīng)用拓展,解決實(shí)際問題學(xué)生們了解筆者準(zhǔn)備的視頻中“塔式光熱發(fā)電”裝置后,便對(duì)該裝置的工作原理產(chǎn)生極大興趣,筆者便以此作為課題提出一系列問題:太陽東升西落,光會(huì)隨時(shí)間推移而不斷改變照射方向,如何保證同一個(gè)反射面上反射光照射的位置不變?平面鏡角度如何精確控制?學(xué)生通過交流合作,最后學(xué)以致用,利用作圖順利完成知識(shí)的遷移,解決實(shí)際問題.筆者通過將光斜照到光滑表面和粗糙表面時(shí)的不同光路的展示和生活中各類反射圖片,學(xué)生們了解了根據(jù)反射面的平滑程度,可以將光的反射分為鏡面反射和漫反射,通過學(xué)生實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生們總結(jié)出:鏡面反射時(shí),平行光照射到鏡面上,反射光線也平行,反射光線集中,所以反射光較強(qiáng);漫反射時(shí),平行光照射到凹凸表面上,反射光線不平行,反射光線發(fā)散,所以反射光強(qiáng)較弱.通過學(xué)生作圖,他們發(fā)現(xiàn)這兩種反射都遵循光的反射定律.最后學(xué)生們學(xué)以致用,討論并解決了雨后月光下迎光走和背光走時(shí),如何走才不會(huì)踩到水潭中的問題:迎光走時(shí),水潭處發(fā)生鏡面反射,反射光進(jìn)入人眼,會(huì)覺得那里很亮,而月光照到泥土上發(fā)生了漫反射,光線弱,會(huì)顯得很暗,所以不能往亮處走,要往暗處走;而背光走時(shí),水潭處依然發(fā)生鏡面反射,但反射光線無法照入人眼,水潭處會(huì)顯得很暗,但月光照到泥土上發(fā)生了漫反射,至少有光線進(jìn)入人眼,因此泥土顯得更亮了,所以不能往暗處走,要走亮處.3.5揭秘魔術(shù),升華認(rèn)識(shí)話題再轉(zhuǎn)回到新課前的魔術(shù),該“魔術(shù)”是如何利用光的反射的呢?筆者鼓勵(lì)學(xué)生猜想平面鏡放置的個(gè)數(shù)和擺放要求,積極討論,設(shè)計(jì)各式箱內(nèi)構(gòu)造,將他們的“作品”逐一展示后,最后由學(xué)生揭開“魔術(shù)箱”的神秘面紗.當(dāng)把箱外遮擋物拿開后,大家看到了透明玻璃板的內(nèi)部全景,“英雄所見略同”的自豪之情油然