唐凌崢 馬利芳
《探究光的折射規(guī)律》是粵教滬科版物理八年級上冊第三章內(nèi)容,涉及光的折射現(xiàn)象、光的折射規(guī)律、運用光的折射規(guī)律解釋生活和自然界中的折射現(xiàn)象。其中,光的折射規(guī)律是幾何光學的基本規(guī)律,是解釋生活中折射現(xiàn)象的主要依據(jù),也是光學教學中的重點和難點。初中生生活經(jīng)驗不足、教材留有空白、實驗器材有局限性,這些會導致學生學習過程變得抽象、晦澀。生活中的折射現(xiàn)象涉及光的折射規(guī)律,與人的視覺習慣相關(guān),學生在理解時也會感到比較困難?;诖?,我們將本節(jié)課的課堂實錄與評析呈現(xiàn)出來,希望與同行交流研討。
一、觀察現(xiàn)象
師:物理源自生活。最近,老師在網(wǎng)上看了一段視頻,想和同學們分享。(播放視頻,如圖1)看完視頻,你發(fā)現(xiàn)了什么?
生1:左邊的杯子,水中的玻璃棒不見了。
師:玻璃棒真的不見了嗎?
生2:玻璃棒還在,只是我們看不見。
師:為什么我們看不見它呢?
生思考。
師:現(xiàn)在我們一起來模擬演示視頻中的實驗。(模擬演示實驗“硬幣不見了”,如圖2)你觀察到了什么?
生:當水加到一定高度時,硬幣不見了。
師:你認為硬幣還在嗎?
生:在。
師:硬幣和玻璃棒真的具有魔力嗎?
生搖頭,有的懷疑是杯中的液體導致它們不見了。
【評析】執(zhí)教者播放視頻“玻璃棒不見了”,引發(fā)學生的認知沖突。在學生的認知中,放入透明液體中的玻璃棒應(yīng)該是可見的,但視頻中的玻璃棒在放入透明液體后有一部分不見了。學生看到的結(jié)果與生活經(jīng)驗產(chǎn)生了認知沖突,從而激發(fā)了學生的探索欲。接著,執(zhí)教者模擬實驗“硬幣不見了”,將生活現(xiàn)象抽象為物理模型,很好地將物理與生活聯(lián)系起來,降低了學習難度。
二、體驗過程
師:(做鉛筆變彎的實驗)鉛筆真的變彎了嗎?
生:沒有。
師:是什么原因?qū)е鲁霈F(xiàn)這種現(xiàn)象?請說出你的猜想。
生1:是水在作怪。
有的學生點頭表示認同生1的說法。
師:是這樣嗎?我們嘗試將一束光射入水中,看看會發(fā)生什么?(實驗演示,步驟1:讓一束激光在空氣中沿直線傳播;步驟2:將激光筆下移,光從空氣斜射入水中,如圖4。)
生:光在水面處發(fā)生了偏折。
師:光從空氣射入水中會產(chǎn)生什么現(xiàn)象?
生:偏折。
師:為什么沿直線傳播的光此時會變彎折呢?你們還記得光沿直線傳播的條件是什么嗎?
生:條件是同種均勻介質(zhì)。
師:我們看到的這個現(xiàn)象是因為同種均勻介質(zhì)嗎?
生:不是。
師:光不再沿直線傳播,而是在界面處發(fā)生了偏折。為了描述自然界中的這種現(xiàn)象,物理學專門引入了一個概念——光的折射(板書課題:光的折射)。光由一種介質(zhì)進入到另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象,我們稱為光的折射。
三、介紹概念
師:請同學們將剛才看到的光路畫在學案上。(PPT展示學生畫的光路圖,如圖5)在這幅光路圖中,哪一條線是入射光線?
生:AO。
師:哪一條線是折射光線?
生:OB。
師:同學們注意,光線有傳播方向,必須在直線上標注箭頭表示傳播方向。剩下的一條直線是什么?
生:界面。
師:很好,下面我們在所畫的光路圖中標注出界面、入射點、法線、入射光線、折射光線、入射角、折射角。
生根據(jù)老師的要求進行標注。
師:光從空氣射入水中時,偏折總是一樣的嗎?如若不一樣,如何描述光的偏折情況?
生:用偏向(靠近)法線(折射角<入射角)或偏離(遠離)法線(折射角>入射角)來描述光的偏折。
【評析】執(zhí)教者演示實驗,讓學生“看見”光的折射現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展過程,豐富了學生的認知表象,為學生的想象和邏輯推理提供了“抓手”。學生對“光在空氣與水中的傳播路徑”的經(jīng)驗表象比較欠缺,如果用語言描述給學生聽,學生的想象和推理歸納就缺乏著力點。因此,執(zhí)教者緊扣學情,給學生創(chuàng)設(shè)了開放的、真實的物理現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展過程,引導學生在實驗中觀察和感知光的折射,有利于學生建構(gòu)概念,發(fā)展邏輯推理能力。
四、探究規(guī)律
師:光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,傳播方向會發(fā)生偏折。當光從空氣斜射入玻璃時,折射光線是偏向法線還是偏離法線?
生沉默、思考。
師:我們用白紙、鏡面、激光筆、玻璃磚做個實驗(如圖6),找一找折射光的傳播方向。
生觀察光的折射實驗,按照上述方法記錄光路。
師:在實驗中,你記錄了什么?
生:折射光線、入射光線,標注了法線、入射角、折射角。
師:在光線不穩(wěn)定的情況下,如何方便準確地記錄入射光線和折射光線以測量角度呢?
生:將光路畫在白紙上。
師:很好!我們可以在白紙上用不同顏色的筆記錄下每一次實驗光的傳播路徑。下面,請根據(jù)你描畫的光路分析,當光從空氣斜射入玻璃時,折射光線是偏向法線還是偏離法線?
生:偏向法線。
師:請你測量入射角、折射角,比較兩個角的大小,將結(jié)果寫在學案上。
生測量、記錄,將結(jié)果寫在學案1和學案2上(如圖7)。
[學案1
光從空氣射入玻璃,折射光線? ?法線,入射角是? ?,折射角是? ?。從玻璃射入空氣,折射光線? ?法線,入射角是? ?,折射角是? ?。
學案2
當光從空氣斜射入另一種介質(zhì)時,折射光線
師:根據(jù)測量結(jié)果,我們可以比較折射角與入射角的大小。同學們想一想,折射光線與入射光線是否在同一平面內(nèi)?
生:應(yīng)該在。
師播放動畫視頻,演示三線共面的實驗。
生觀看視頻、思考問題。
師:光由一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時,傳播方向一定會發(fā)生改變嗎?
生:一定吧。
師演示光垂直入射的情景,強調(diào)光的折射條件。
生傾聽、記錄、思考。
師:我們知道,人站在岸上能看見水里的魚,那么,水里的魚能否看見岸上的人呢?
生:應(yīng)該可以。
師演示光路可逆實驗。
生觀察、思考、聯(lián)想。
師引導學生歸納光的折射規(guī)律。
【評析】該環(huán)節(jié)教學特點是具體“可見”,表現(xiàn)在兩個方面。第一,學生理解學習難點的過程和思維過程具體“可見”。學習難點是看見光路路徑并記錄下來,執(zhí)教者通過小組實驗,讓學生經(jīng)歷光從空氣斜射入玻璃的實驗過程,觀察并記錄實驗中產(chǎn)生的光路路徑,標注入射光線、法線和折射光線,測量入射角、折射角,使學生對光的折射規(guī)律的理解、思維推理等過程具體“可見”。第二,執(zhí)教者在解構(gòu)與重構(gòu)教材內(nèi)容方面具體“可見”。教材中呈現(xiàn)的光的折射探究實驗設(shè)計留有“空白”,為執(zhí)教者設(shè)計教學預留了空間。
五、實踐運用
1.水中的鉛筆變彎折
師:請你運用光的折射規(guī)律解釋鉛筆看起來折斷了的原因。
2.硬幣不見了
師:請你用光的折射規(guī)律解釋硬幣為什么不見了。
3.玻璃棒不見了
師:請你說一說本節(jié)課實驗中玻璃棒不見了的原因。以上3個問題同學們可以進行討論交流,然后將答案分別寫出來。這節(jié)課就上到這里,下課!
【總評】
在物理新授課中,一般的教學過程是先引入物理現(xiàn)象,讓學生觀察物理現(xiàn)象及其發(fā)生過程,從中抽象出概念并描述相關(guān)概念及其性質(zhì),最后讓學生用發(fā)現(xiàn)的規(guī)律解釋物理現(xiàn)象。
在這節(jié)課中,執(zhí)教者的教學設(shè)計特點是演示知識的形成過程,化抽象為具體。首先,物理現(xiàn)象和物理實驗過程具體,概念抽象簡單、清晰,教學設(shè)計符合學生的心理特點;其次,教學環(huán)節(jié)過渡自然,環(huán)環(huán)相扣,體驗式經(jīng)歷的教學設(shè)計縝密、簡潔,學生能夠主動參與到學習中。但是,在運用光的折射規(guī)律解釋生活現(xiàn)象這個環(huán)節(jié),執(zhí)教者的教學設(shè)計縮略、跳躍,缺少思維的引領(lǐng),略顯粗糙。生活中的折射現(xiàn)象,如水底變淺、筷子變彎等,其光路都是由水中到空氣的過程,與學生的前經(jīng)驗產(chǎn)生認知沖突。這樣,實際現(xiàn)象與學生的前經(jīng)驗和剛順應(yīng)內(nèi)化的認知不一致,導致學生自動運用前經(jīng)驗來解釋物理現(xiàn)象,對學習的新知識就會感到模糊,這一點在教學中要注意改進。
(本課例在全國“學科德育精品課”展示活動中被評為部級精品課)
(責編 歐孔群)