實驗探究式教學(xué)就是在教師的指導(dǎo)下，以實驗為基礎(chǔ)，以學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律為主線，學(xué)生通過實驗操作、觀察分析來認(rèn)識物理現(xiàn)象，了解物理過程，探究物理規(guī)律，從而獲得物理知識，形成技能，發(fā)展智力的一種教學(xué)方法。本文以一堂公開課為例，進(jìn)行實驗探究式教學(xué)的探索。授課時首先設(shè)置三個會導(dǎo)致“悖論”的物理情境，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，提出要探究的課題；然后設(shè)計五個探究性實驗，分別從實驗和理論兩個方面對全反射現(xiàn)象發(fā)生的條件進(jìn)行探究；最后設(shè)計兩個體驗性實驗，進(jìn)一步讓學(xué)生感受光的全反射現(xiàn)象，并引導(dǎo)其利用所學(xué)的規(guī)律對現(xiàn)象進(jìn)行解釋；給學(xué)生布置的作業(yè)也屬課外探究性實驗。具體教學(xué)設(shè)計如下： 

1 創(chuàng)設(shè)情境，提出課題

教學(xué)事件1 提出以下問題讓學(xué)生解答:光從某種介質(zhì)射入空氣，當(dāng)入射角θ1=30°時，折射角θ2=60°，則該介質(zhì)的折射率n為多少？當(dāng)入射角θ1=60°，折射角θ2是多少？

教學(xué)事件2 演示彎曲的光導(dǎo)纖維管，用激光從其一端射入，發(fā)現(xiàn)光從另一端射出，無論怎樣彎曲纖維管，激光總能從另一端射出。

教學(xué)事件3 (1) 取兩支相同的試管，一個容量較大的燒杯，清水500ml。試管的長度稍高于燒杯的高度，一支試管內(nèi)裝水，另一支試管是空的，同時放入燒杯中，然后盛水至燒杯中，達(dá)到燒杯的4/5處。放在講臺下方備用。(2) 告訴學(xué)生，有兩支試管，其中一支經(jīng)“銀鏡反應(yīng)”被鍍上了銀(其實沒有)，另一支是干凈的，請同學(xué)把“鍍銀”的一支找出來，然后從講臺下方端出演示器材。(3) 讓學(xué)生選擇后，取出試管發(fā)現(xiàn)是一支正常的試管；再讓另一位同學(xué)選擇，他想肯定是另外一支，結(jié)果取出之后仍是一支正常的試管。至此，仍有很多同學(xué)沒有發(fā)現(xiàn)兩支試管中一支是裝水的，另一支是空的。

設(shè)計說明 探究始于問題，問題源于質(zhì)疑，質(zhì)疑往往出現(xiàn)在新舊認(rèn)知發(fā)生沖突之時。在事件1中學(xué)生求出n=3，sinθ2= 1.5＞1，出現(xiàn)了和數(shù)學(xué)常識相悖的情況；事件2中的實驗結(jié)果則與學(xué)生已形成的光沿直線傳播的生活經(jīng)驗相悖；事件3中學(xué)生的感覺與事實發(fā)生了偏差。這些都讓學(xué)生大為不解，引發(fā)了認(rèn)知沖突，激起了學(xué)生的探究欲，教師則因勢利導(dǎo)提出本節(jié)要研究的課題：光的全反射。

2 指導(dǎo)方法，引導(dǎo)探究

教學(xué)事件4 學(xué)生分組實驗Ⅰ：如圖1所示，讓一束激光射到半圓形玻璃磚的弧面并沿半徑射到MN界面上的O點，使入射光線的方向不變，逆時針旋轉(zhuǎn)玻璃磚，入射角則逐漸增加，引導(dǎo)學(xué)生觀察并描述光在界面MN上發(fā)生的現(xiàn)象，并讓學(xué)生思考該現(xiàn)象體現(xiàn)了哲學(xué)中的什么原理。

教學(xué)事件5 學(xué)生分組實驗Ⅱ：如圖2所示，讓一束激光射到半圓形玻璃磚的界面MN上的O點，使入射光線的方向不變，逆時針旋轉(zhuǎn)玻璃磚，入射角則逐漸增加，引導(dǎo)學(xué)生觀察并描述光在界面MN上發(fā)生的現(xiàn)象。

設(shè)計說明 (1) 通過對事件4的觀察和分析可以使學(xué)生初步建立全反射的概念和發(fā)生條件：折射角應(yīng)大于入射角以及入射角應(yīng)大于某一臨界角。再引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想哲學(xué)中量變與質(zhì)變的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，事件1中的“悖論”也得到了解決。(2) 事件5則提供了一個反面的對比性實驗，加強(qiáng)了對全反射現(xiàn)象發(fā)生條件的理解。 

3 辨難解疑，得出規(guī)律

教學(xué)事件6 如圖3所示，演示“水流導(dǎo)光”實驗，讓學(xué)生分析原因。通過對激光在彎曲水流中光路圖的定性分析，從而揭開事件2的奧妙，也為學(xué)生理解事件7打下基礎(chǔ)。

教學(xué)事件7 出示如圖4(a)所示的彎曲玻璃棒（在化學(xué)實驗室用酒精噴燈自制），用激光從其一端射入，觀察到光從玻璃棒的另一端射出。請同學(xué)大致畫出光在玻璃棒內(nèi)傳播的光路圖。



教學(xué)事件8 如圖4(b)所示，把圖4(a)中的彎曲玻璃棒放入盛有縫紉機(jī)油(油脂店購買)的水槽內(nèi)，再用激光從一端射入，觀察到油里充滿了紅色的激光，玻璃棒的另一端沒有光或光線很暗。引導(dǎo)學(xué)生分析事件8發(fā)生的原因， 學(xué)生猜測可能是因為光從玻璃射入油中時入射角比折射角大，因而不能發(fā)生全反射以至于光從彎曲玻璃棒的側(cè)面折射了出去。

教學(xué)事件9 已知玻璃的折射率n1大約是1.5，縫紉機(jī)油的折射率n2大約是2.25。請同學(xué)通過計算比較光從玻璃射入縫紉機(jī)油時入射角與折射角間的大小關(guān)系。

因為sinisinδ=v1v2=C/n1C/n2=n2n1>1，所以i>δ，即折射角小于入射角，在入射角增大過程中入射角先達(dá)到90°，故光從玻璃到縫紉機(jī)油中不可能發(fā)生全反射。

設(shè)計說明 把事件7和事件8進(jìn)行對比，再通過事件9的計算，一方面可以幫助學(xué)生理解“光密介質(zhì)”和“光疏介質(zhì)”兩個概念，另一方面也為學(xué)生準(zhǔn)確、全面地總結(jié)全反射現(xiàn)象發(fā)生的條件打下了實驗和理論基礎(chǔ)。

由事件(7)(8)(9)可以得出:

全反射現(xiàn)象發(fā)生的條件：（1）光必須由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角等于或大于某一角（臨界角C）。

教學(xué)事件10 為簡單起見，我們只討論光從不同的介質(zhì)射向空氣（看作真空）時所發(fā)生的全反射現(xiàn)象。不同的介質(zhì)，由于折射率不同，在空氣中發(fā)生全反射的臨界角也不同。請同學(xué)們計算折射率為n的某種介質(zhì)在空氣中發(fā)生全反射時的臨界角。

設(shè)計說明 教學(xué)環(huán)節(jié)3是對教學(xué)環(huán)節(jié)2的延伸和拓展。環(huán)節(jié)2中學(xué)生通過實驗、觀察、討論等學(xué)習(xí)活動后得出的結(jié)論是初步的，3中教師再次設(shè)計對比性實驗，引導(dǎo)學(xué)生與老師進(jìn)一步辨別全反射發(fā)生的條件，從而得出全面的結(jié)論。這一環(huán)節(jié)主要是為了糾正學(xué)生由于認(rèn)識能力的局限性而得出表面的、片面的甚至錯誤的結(jié)論。應(yīng)當(dāng)指出，“辨難解疑、得出規(guī)律”中的“辨”是教師指導(dǎo)下學(xué)生的辨論，結(jié)論的得出應(yīng)當(dāng)是水道渠成的，而不是教師強(qiáng)加的，從辨析到得出結(jié)論的過程雖然與人類一般的認(rèn)識深化過程基本一致，但也不能離開教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)。

4 鞏固應(yīng)用，深化理解

教學(xué)事件11 學(xué)生分組實驗Ⅲ:把事件3中的演示實驗改成學(xué)生分組實驗。如圖5（a），把兩只試管同時放入燒杯中，讓學(xué)生比較兩只試管的亮度，再要求學(xué)生從不同的角度進(jìn)行觀察，找出哪些角度能看到試管“鍍銀”現(xiàn)象，通過畫光路圖進(jìn)行分析；如圖5（b），在空試管內(nèi)插入一根筷子后再觀察，發(fā)現(xiàn)水面以下部分的筷子“消失”了。



教學(xué)事件12 學(xué)生分組實驗Ⅳ:將光亮的鐵球夾在試管夾上，放在點燃的蠟燭火焰上全部熏黑，然后將其浸沒在盛有清水的燒杯中，發(fā)現(xiàn)放在水中的鐵球比在陽光下更亮，試分析其原因。 

設(shè)計說明 教學(xué)環(huán)節(jié)4主要是教師組織學(xué)生應(yīng)用環(huán)節(jié)3中得出的正確結(jié)論解決一些具體問題，從而鞏固所學(xué)的物理概念和規(guī)律，深刻認(rèn)識所學(xué)知識的適用范圍，進(jìn)而產(chǎn)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的欲望。應(yīng)當(dāng)指出，這一環(huán)節(jié)中解決的一些具體問題并不僅僅是練習(xí)題，還應(yīng)包括一些小實驗、小制作和小論文等。

5 反思總結(jié)，布置作業(yè)

5.1 反思總結(jié)

教學(xué)事件13 教師引導(dǎo)，學(xué)生從以下3個方面對本節(jié)課進(jìn)行反思總結(jié):

(1) 這節(jié)課你學(xué)到了哪些概念和規(guī)律，這些概念和規(guī)律是如何得到的?

(2) 這節(jié)課學(xué)到了哪些物理研究方法?在本節(jié)中是如何應(yīng)用這些方法的?

(3) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你對物理學(xué)科有什么新的認(rèn)識和理解?

5.2 布置作業(yè)

完成下列實踐性作業(yè)，并對相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行分析，可以選做，也可以在較長時間內(nèi)完成。

（1）網(wǎng)上瀏覽光纖通訊的發(fā)展和現(xiàn)狀。

（2）在水下某一深度S處放一個防水的點光源，在水面上撒一些鋸末，這時在水面上方可看到一個圓形光斑。若用一個大小和形狀均與光斑相同的不透光的薄板蓋住該光斑，則在各個方向均看不到水下的點光源。

（3）在可樂瓶中注入半瓶清水，旋緊瓶蓋后橫放在桌面子邊緣，瓶下壓一張報紙，觀察者從瓶側(cè)面較瓶內(nèi)水平面稍低處，斜向上看，看到原來透明的水面好像鍍銀的鏡面，并且可以看到鏡中所印現(xiàn)的是瓶另一側(cè)報紙上的字的像。

（4）消失的硬幣:將1元硬幣放入裝有水的臉盆中。將玻璃杯微微傾斜，蓋在硬幣上，這時，你可以清楚地看到杯中的硬幣；將杯中水倒掉，然后再以垂直的方式蓋下去，此時，我們無法再看見硬幣的蹤影了。

（5）觀察自行車尾燈的結(jié)構(gòu)，用本節(jié)的知識加以解釋。

教學(xué)設(shè)計總結(jié)

本設(shè)計采用三條線索來組織教學(xué)：一是知識線索，即沿著“全反射現(xiàn)象→全反射發(fā)生的條件→臨界角的求解→規(guī)律的應(yīng)用”設(shè)計教學(xué)，這條線索著重解決“學(xué)什么”的問題；二是認(rèn)知線索，即沿著“引發(fā)質(zhì)疑→提出問題→分析探究→問題解決→得出規(guī)律→應(yīng)用規(guī)律”設(shè)計教學(xué)，這條線索著重解決“怎么學(xué)”的問題；三是邏輯線索，即沿著“創(chuàng)設(shè)情境、提出課題→指導(dǎo)方法、引導(dǎo)探究→辨難解疑、得出規(guī)律→鞏固應(yīng)用、深化理解→反思總結(jié)、布置作業(yè)”設(shè)計教學(xué)，這條線索著重解決“怎么教”的問題。這其中“學(xué)什么”決定了“怎么學(xué)”，而“怎么學(xué)”又決定了“怎么教”。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱建廉.教學(xué)設(shè)計中應(yīng)把握的兩種結(jié)構(gòu).物理教師，2008（4）.

(欄目編輯趙保鋼)