李曉明

(江蘇省蘇州市相城區(qū)春申中學(xué),江蘇 蘇州 215143)

美國著名學(xué)者哈爾莫斯認(rèn)為：問題是教學(xué)的心臟，有了問題,思維才有方向；有了問題，思維才有動力；有了問題，思維才有創(chuàng)新。[1]在物理教學(xué)中用問題引導(dǎo)學(xué)生思考，以任務(wù)驅(qū)動學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生在問題解決中習(xí)得新知識，在任務(wù)完成中獲得新技能。問題與任務(wù)在課堂教學(xué)中起到了引領(lǐng)作用，本文以“光的反射”教學(xué)為例，在問題和任務(wù)的驅(qū)動下，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。

1 創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在新課引入時(shí)，創(chuàng)設(shè)切合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的任務(wù)情境，可以使學(xué)生立刻進(jìn)入學(xué)習(xí)主題，實(shí)現(xiàn)主動學(xué)習(xí)。

教學(xué)片斷1

在課堂教學(xué)開始環(huán)節(jié)，用PPT投影環(huán)靶，教師用激光射向教室后面，并未射中靶子。

任務(wù)1:請同學(xué)們借助合適的器材，在不調(diào)轉(zhuǎn)激光筆的情況下快速射中靶心。

學(xué)生拿出平面鏡，但任務(wù)的完成并不是一蹴而就的，而是在多次調(diào)整激光筆或平面鏡的角度后才達(dá)成(圖1)。

圖1

問題1:這個(gè)激光打靶游戲中利用了什么原理？

由于學(xué)生已經(jīng)知道人能看見不發(fā)光的物體是因?yàn)橛蟹瓷涔饩€進(jìn)入人眼,從而回答：利用了光的反射。

任務(wù)2:請你利用手里貼了鏡面膜的玻璃磚、激光筆和白紙顯示出光反射時(shí)的光路。

學(xué)生多次嘗試后發(fā)現(xiàn)：把激光筆貼著紙面照射可以顯示出光路，隨后教師提供嵌有圓柱形玻璃柱的激光筆套，使得光路更容易顯示(圖2)。

圖2

任務(wù)3:請你將剛才的鏡面和光路在白紙上記錄下來。

學(xué)生通過描摹的方法勉強(qiáng)能將光路畫出。

教師提示數(shù)學(xué)上兩點(diǎn)確定一條直線的原理，幫助學(xué)生更方便地記錄光路。同時(shí)，在作圖的基礎(chǔ)上介紹入射點(diǎn)、反射面、入射光線和反射光線等概念。

設(shè)計(jì)意圖:激光打靶游戲貼近學(xué)生生活，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用任務(wù)鏈的方式直接把學(xué)生引入所要學(xué)習(xí)的主題：光的反射，同時(shí)練習(xí)了顯示和記錄光路的方法，為接下來探究反射角與入射角的關(guān)系奠定了操作基礎(chǔ)。

2 提出有效問題，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度

有效提問是課堂教學(xué)中教師與學(xué)生之間交流與互動的橋梁，它將教師的意圖傳遞給學(xué)生，又將學(xué)生的學(xué)習(xí)情況反饋給教師。有效提問可以引導(dǎo)學(xué)生把握思維的方向，它是為理解而提問，也必須是有意義的提問。

教學(xué)片斷2

任務(wù)1：保持入射點(diǎn)和反射面不動，改變?nèi)肷涔饩€方向，觀察反射光線的變化。

問題1:你在實(shí)驗(yàn)中有沒有發(fā)現(xiàn)一條特殊的光線？它與平面鏡有什么位置關(guān)系？如何證明？

學(xué)生在動手操作的過程中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)入射光線與鏡面垂直時(shí)，反射光線與入射光線重合。為學(xué)生提供一把直角三角尺后,他們自然會證明。

任務(wù)2：用圖3所示的器材演示光的空間反射，入射光線出現(xiàn)后可明顯地看到反射光線，在實(shí)驗(yàn)中慢慢地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，讓學(xué)生仔細(xì)觀察。

圖3

問題2:在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺的過程中，你有沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)特殊的視角位置？它有什么特點(diǎn)？這一現(xiàn)象說明了反射光線與入射光線有什么位置關(guān)系？如何去證明這一關(guān)系？

學(xué)生發(fā)現(xiàn)一個(gè)視角，有一根光線完全擋住另一根光線，看上去重合了(圖4)。經(jīng)過分析與思考，部分學(xué)生指出：反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)，當(dāng)提供一塊白紙板，學(xué)生可以給出證明。

圖4

任務(wù)3：保持入射光線不動，將平面鏡一側(cè)墊高，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，確保每個(gè)學(xué)生都能重見反射光線與入射光線重合。

問題3:你認(rèn)為反射光線與入射光線所在的平面與平面鏡有什么位置關(guān)系？如何證明？

有了前面問題的鋪墊，學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)它們是垂直的關(guān)系，并能借助直角三角尺給出證明。

設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師創(chuàng)設(shè)問題情境進(jìn)行引領(lǐng)，一些關(guān)鍵物理現(xiàn)象應(yīng)由學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和描述，讓其明白人眼并不可靠，必要時(shí)需要經(jīng)過測量或求證。借此培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，也為接下來學(xué)習(xí)和理解法線做了一定的知識準(zhǔn)備。

3 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)任務(wù),建立物理觀念

在物理教學(xué)中應(yīng)設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，雖然以學(xué)生現(xiàn)有的水平還不能完成，但通過教師的引導(dǎo)與幫助，學(xué)生經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃伎己蛯W(xué)習(xí)，就能使他們的認(rèn)識得到提升。人們有追求成功和由成功帶來的積極情感的傾向，設(shè)計(jì)有挑戰(zhàn)性的任務(wù)對力求成功的學(xué)生有很大的吸引力。

教學(xué)片斷3

任務(wù)1：將平面鏡放平，保持原有光路不變，重新在另一位置打開一支激光筆，調(diào)整后射向同一入射點(diǎn)，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。

問題1:兩條入射光線與其反射光線所在的平面有什么位置關(guān)系？請用紙板搭建出它們與平面鏡的位置模型。

學(xué)生經(jīng)過討論和思考，發(fā)現(xiàn)兩平面相交，并用紙板搭建出三者的位置模型(圖5)。

圖5

任務(wù)2:如果有第三條光線射向同一入射點(diǎn)，則它和反射光線所在的平面與之前的兩個(gè)平面有什么位置關(guān)系？請用紙板搭建出它們與平面鏡的位置模型。

學(xué)生經(jīng)過思考和討論，總結(jié)出三個(gè)平面相交于同一直線，通過團(tuán)隊(duì)合作，完成了模型的建構(gòu)(圖6)。

圖6

師:由此我們知道，所有射向同一點(diǎn)的光線與其反射光線所在的平面相交于同一直線，這條直線垂直于反射面，我們把它稱之為法線。

教師引導(dǎo)學(xué)生在圖2所記錄的光路圖上過入射點(diǎn)作平面鏡的垂線，并演示曲面鏡的情況下光的反射光路。

任務(wù)3:請你在圖2中表示出入射光線的角度，即入射角。說明為什么要這樣表示？

學(xué)生經(jīng)過動手、思考和討論，發(fā)現(xiàn)可以將入射光線與平面鏡的夾角或與法線的夾角表示成入射角，考慮到前者在曲面上無法表示，大部分同學(xué)贊成后者，采用同樣的方法可以表示出反射角。

設(shè)計(jì)意圖:教材通過“信息快遞”欄目介紹了法線、入射角和反射角，這些概念的引入顯得有些唐突或牽強(qiáng)。通過以上學(xué)習(xí)，學(xué)生可以理解法線的特點(diǎn)及其意義。

4 組織學(xué)生活動,進(jìn)行科學(xué)探究

情境和問題都只是手段，而活動既是手段也是目的。在課堂上開展科學(xué)探究活動，可以使學(xué)生體驗(yàn)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，這種活動是指向?qū)W習(xí)目標(biāo)的活動，也是有意義的活動。

教學(xué)片斷4

任務(wù)1:在光的反射現(xiàn)象中，反射角和入射角的大小有什么關(guān)系？請你設(shè)計(jì)一個(gè)表格用以研究它們的關(guān)系。

大部分學(xué)生回答：反射角等于入射角，也有同學(xué)回答：入射角等于反射角。教師投影設(shè)計(jì)的表格，并請學(xué)生介紹實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生開始動手實(shí)驗(yàn)。

任務(wù)2:你們的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？哪種表述更好？為什么？請你用三根竹簽和泡沫來搭建光的反射光路模型。

學(xué)生經(jīng)過討論認(rèn)為：用“反射角等于入射角”的表述比較好，因?yàn)榉瓷浣鞘请S入射角的改變而改變的。同時(shí)學(xué)生搭建的模型如圖7、圖8所示，教師進(jìn)行投屏展示。

圖7

圖8

設(shè)計(jì)意圖:就反射角與入射角的關(guān)系讓學(xué)生經(jīng)歷猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、表達(dá)與交流等科學(xué)探究過程，并通過搭建光的反射模型來評估學(xué)習(xí)結(jié)果。

5 應(yīng)用物理規(guī)律,發(fā)展科學(xué)思維

通過應(yīng)用物理規(guī)律可以檢驗(yàn)學(xué)生對物理知識的理解，教師要組織各種教學(xué)實(shí)踐活動，引導(dǎo)學(xué)生動腦、動口和動手，以形成技能技巧，并把知識轉(zhuǎn)化為能力。

教學(xué)片段5

任務(wù)：要求學(xué)生舉例并畫出由S點(diǎn)發(fā)出兩條光線經(jīng)平面鏡反射后的光路。

教師引導(dǎo)學(xué)生將兩條反射光線反向延長，隨后選擇幾張相對美觀的作圖予以展示。

問題1:圖中有個(gè)相交的點(diǎn)，它具有什么意義？

學(xué)生隱約地感覺到這一點(diǎn)應(yīng)該有意義，有學(xué)生回答：這應(yīng)該是光源S的像。教師給予肯定和鼓勵(lì)，并將不同的作圖進(jìn)行投影對比。

問題2:你覺得法線以及反射光線的反向延長線應(yīng)畫成實(shí)線還是虛線？為什么？

學(xué)生討論后覺得還是應(yīng)畫成虛線，因?yàn)檫@不是真實(shí)的光線，也有同學(xué)覺得這都是輔助線，教師肯定他們的說法都有道理。

問題3:你覺得用虛線反向延長相交，表明平面鏡成像有什么特點(diǎn)？

學(xué)生將“虛線”和“虛像”聯(lián)系，短暫思考后答道：表明平面鏡成虛像。教師將小孔成像和平面鏡成像的圖作對比，提示學(xué)生回憶實(shí)像和虛像的概念。

問題4:請你思考實(shí)像能在光屏上呈現(xiàn)而虛像不能呈現(xiàn)的原因是什么？

學(xué)生討論后覺得實(shí)像能在光屏上呈現(xiàn)是因?yàn)橛泄饩€到達(dá)光屏，而成虛像時(shí)沒有光線到達(dá)光屏。

設(shè)計(jì)意圖:從光的反射角度進(jìn)一步理解平面鏡成像原理，對虛像的本質(zhì)重新認(rèn)識，基于初中幾何光學(xué)的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生利用作圖研究光學(xué)問題的意識，達(dá)到發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的目的。

6 結(jié)語

光的反射定律是本節(jié)課的重點(diǎn)，法線概念的建立是本節(jié)課的難點(diǎn)，雖然課程標(biāo)準(zhǔn)中并未對法線概念提出明確要求，但在描述反射光線和入射光線的位置關(guān)系時(shí)，法線是一個(gè)關(guān)鍵的橋梁。[2]法線作為過入射點(diǎn)并垂直于鏡面的直線，其存在意義是為了描述反射光線的位置時(shí)有個(gè)參照標(biāo)準(zhǔn)。

本節(jié)課的教學(xué)通過問題和任務(wù)驅(qū)動學(xué)生的科學(xué)探究，幫助學(xué)生形成對光路、法線以及光的反射定律的認(rèn)知。這種教學(xué)將課堂真正交給了學(xué)生，突出了學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生在思考中動手，在動手中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中提升，有效培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。