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        基于探究式教學(xué)提升學(xué)生核心素養(yǎng)
        ——《光的折射》教學(xué)案例

        2022-08-31 13:55:04程宏亮
        數(shù)理化解題研究 2022年23期
        關(guān)鍵詞:物理探究實(shí)驗(yàn)

        趙 琪 程宏亮

        (廣東省深圳市坪山區(qū)坪山實(shí)驗(yàn)學(xué)校 518118)

        在學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí),構(gòu)建物理知識(shí)體系,走入物理知識(shí)大廈的過(guò)程中,學(xué)生逐漸形成適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和個(gè)人發(fā)展的能力和品質(zhì),而物理學(xué)科核心素養(yǎng)是上述過(guò)程中重要的一部分.物理核心素養(yǎng)分為四個(gè)方面:物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.它們是相互聯(lián)系,共同發(fā)展的.探究式教學(xué)是提升物理核心素養(yǎng)的有效途徑.探究式教學(xué)是在教師的主導(dǎo)下可以落實(shí)以學(xué)生為主體的教學(xué)觀念,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)品質(zhì)有著很大的幫助.人教版初中物理八上《光的折射》是經(jīng)典的培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的教學(xué)案例.該節(jié)課將物理現(xiàn)象、物理觀念、物理規(guī)律和拓展應(yīng)用集于一體,非常值得我們深入探究.

        光學(xué)現(xiàn)象之一《光的折射》不僅與前序內(nèi)容--光的反射相互聯(lián)系,同時(shí)也是后序內(nèi)容--透鏡成像的基礎(chǔ).雖然學(xué)生在學(xué)習(xí)光的反射時(shí)已然具備了一定的學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ),但這節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生而言仍然是學(xué)習(xí)的重難點(diǎn).為了讓學(xué)生能較深層次的認(rèn)識(shí)光的折射規(guī)律和解釋光的折射現(xiàn)象,這里采用“探究式教學(xué)”的形式進(jìn)行課堂教學(xué).教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)實(shí)驗(yàn),了解光的折射現(xiàn)象及其特點(diǎn);知道光的折射現(xiàn)象的一些實(shí)例;能利用光的折射規(guī)律作圖.

        1 案例過(guò)程

        1.1 創(chuàng)設(shè)情景,引出話題

        情景設(shè)置:播放視頻《小人叉魚》.如圖1.

        圖1

        師:為什么前兩個(gè)小人將鋼叉瞄準(zhǔn)了魚,卻沒(méi)有扎到魚?而第三個(gè)小人將鋼叉瞄準(zhǔn)了魚的下方,卻扎到了魚?

        學(xué)生思考并討論,教師引出光的折射.

        探究式教學(xué)的高效開(kāi)展需要提高學(xué)生的積極性,而創(chuàng)設(shè)生活中的情景可以提高學(xué)生的探究興趣.“叉魚”情景貼近生活,可以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.從對(duì)比情境出發(fā),引入能引起學(xué)生認(rèn)知沖突的問(wèn)題情景,可以激發(fā)學(xué)生的求知欲,使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)折射現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用,進(jìn)而獲得對(duì)生活的熱愛(ài)和解決生活問(wèn)題的能力.

        1.2 建立模型,提出概念

        情景設(shè)置:利用“光的折射”器材進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn).將一束激光斜射入空的透明容器中,在P點(diǎn)形成光斑.

        師:請(qǐng)同學(xué)們猜想,容器中加水后,光斑P的位置是否不變?

        學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并發(fā)現(xiàn),光斑的位置改變.

        師:光斑位置為什么改變了,請(qǐng)猜想?

        生:光從空氣斜射入水中時(shí),傳播方向發(fā)生了偏折.

        師:請(qǐng)同學(xué)們描述該現(xiàn)象.

        生:光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向發(fā)生偏折的這種現(xiàn)象叫做光的折射.如圖2.

        圖2

        師:請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本P82頁(yè)最上面一段話,并以光的折射圖為主,認(rèn)識(shí)入射光線、折射光線、法線、入射角和折射角.然后請(qǐng)一位同學(xué)用鉛筆指認(rèn)以上物理要素.

        根據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,建立容易理解的物理模型,讓學(xué)生能夠?qū)⒖吹降模汗庠诳罩行鄙淙胨袝r(shí),光線發(fā)生偏折的現(xiàn)象以光路模型的形式表示出來(lái).同時(shí)入射光線等概念的引出,也為折射規(guī)律的探究打下了基礎(chǔ).要特別指出,折射角是折射光線與法線的夾角.

        1.3 科學(xué)探究,尋找規(guī)律,得出結(jié)論

        師:上面的實(shí)驗(yàn)還有什么現(xiàn)象?

        引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出光的折射與光的反射是同時(shí)發(fā)生的,并共同回顧光的反射定律:三線共面、兩線分居、兩角相等和光路可逆.類比前序內(nèi)容光的反射,請(qǐng)同學(xué)們猜想光的折射規(guī)律.探究過(guò)程從以下幾方面一一展開(kāi):

        [提出問(wèn)題]

        光的折射有著怎樣的規(guī)律?

        [猜想和假設(shè)]

        師:請(qǐng)同學(xué)們猜想可能存在的規(guī)律?

        生:折射光線、入射光線、法線三線共面?折射光線、入射光線總是在法線的兩邊?折射角、入射角總是相等?

        教師將學(xué)生的猜想在黑板上記錄下來(lái),方便學(xué)生在接下來(lái)的時(shí)間里進(jìn)行逐個(gè)驗(yàn)證.學(xué)生根據(jù)之前所學(xué)的光的反射定律來(lái)猜想光的折射規(guī)律,可使知識(shí)有連接和遷移,進(jìn)一步“溫故而知新”.

        [設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)]

        教師先介紹實(shí)驗(yàn)器材:光源、底座、演示屏和玻璃磚,然后引導(dǎo)性提問(wèn)學(xué)生,幫助學(xué)生化解難點(diǎn),形成一定的實(shí)驗(yàn)操作思路.

        師:如何證明三線共面?

        生:以演示屏的中線為法線,將演示屏向后翻折,觀察是否還有折射光線.

        師:如何證明兩角關(guān)系?如圖3.

        圖3

        生:首先觀察當(dāng)光從空氣斜射入玻璃時(shí)的入射角,通過(guò)后面的刻度板讀出大小以及光從玻璃斜射入空氣時(shí)的折射角,同樣通過(guò)后面的刻度板讀出大小.同時(shí)多次改變?nèi)肷涞慕嵌龋^察兩個(gè)角的變化,是否存在某些關(guān)系.

        合適的實(shí)驗(yàn)器材可以使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常清楚和直觀.學(xué)生在動(dòng)手操作過(guò)程中有助于較為深刻地理解物理概念,發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律,具備探究能力,從而提高課堂效率并更好地培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

        [實(shí)驗(yàn)探究]

        師:現(xiàn)在給同學(xué)們8min的時(shí)間,請(qǐng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想,并完成導(dǎo)學(xué)案,記錄表格見(jiàn)表1.

        提醒:1.激光不要照射眼睛;2.請(qǐng)多次實(shí)驗(yàn),避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在偶然性.

        師:實(shí)驗(yàn)完畢,請(qǐng)關(guān)閉電源.請(qǐng)各小組派一名代表分享結(jié)果.

        生1:三線共面.兩線分居.

        生2:當(dāng)光從空氣斜射入玻璃時(shí),光線向法線偏折,折射角小于入射角;當(dāng)光從玻璃斜射入空氣時(shí),光線向遠(yuǎn)離法線的方向偏折,折射角大于入射角.當(dāng)增大入射角時(shí),反射角跟著一起增大.

        師:我們深度挖掘規(guī)律,與光的反射定律相比,它們最大的區(qū)別是哪點(diǎn)?

        生:兩角不等.

        師:請(qǐng)大家觀察在哪種介質(zhì)中的角比較大?

        生:空氣中角大.

        [得出結(jié)論]

        師:請(qǐng)同學(xué)們歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論.如圖4.

        圖4

        生:“三線”關(guān)系:折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi).折射光線、入射光線分別位于法線兩側(cè).

        “兩角”關(guān)系:空氣中角大;折射角隨入射角的增大而增大.

        [拓展延伸]

        匯總規(guī)律后,教師逐步引導(dǎo)學(xué)生一起探究特殊情況.

        演示實(shí)驗(yàn)1:將紅色激光從水中斜射入空氣,然后將綠色激光逆著折射光線的方向入射.

        師:光線是否逆著原入射光線方向射出,說(shuō)明了什么?

        生:光路重合,說(shuō)明了光折射時(shí),光路是可逆的.

        演示實(shí)驗(yàn)2:將紅色激光從水中垂直射入空氣(或?qū)⒐鈴目諝獯怪鄙淙胨?.

        師:垂直入射時(shí),入射角,反射角和折射角分別是多少度?

        生:當(dāng)光垂直入射時(shí),折射角,反射角和入射角都等于0°.

        師:我們可以總結(jié)為:垂直入射,三個(gè)0°.請(qǐng)將以上結(jié)論記錄在導(dǎo)學(xué)案中.

        得出以上結(jié)論后請(qǐng)各小組間交流討論,看所得的結(jié)論是否具有普遍性.

        一些同學(xué)在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中會(huì)觀察到,當(dāng)以特殊角度入射時(shí),折射光線消失的現(xiàn)象,即全反射現(xiàn)象.這時(shí)教師要鼓勵(lì)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)并敢于質(zhì)疑的態(tài)度,然后簡(jiǎn)單介紹這是全反射現(xiàn)象,將在高中階段進(jìn)行學(xué)習(xí),并鼓勵(lì)學(xué)生在課后查閱資料進(jìn)行研究.

        關(guān)注到學(xué)生腦中物理知識(shí)的論證和生成是探究式教學(xué)的關(guān)鍵.學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)親自驗(yàn)證自己提出的猜想,能夠極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性.學(xué)生通過(guò)觀察直觀的物理現(xiàn)象、構(gòu)建簡(jiǎn)單的物理模型,發(fā)散物理思維來(lái)深化認(rèn)識(shí)物理知識(shí),有助于全面地理解光的折射現(xiàn)象.同時(shí),教師也要肯定來(lái)自學(xué)生的質(zhì)疑,可以培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任觀.

        教師需把握和理解初中物理課程標(biāo)準(zhǔn),全面鉆研專業(yè)知識(shí);還要研究學(xué)生,了解學(xué)生的學(xué)情和基礎(chǔ),尊重差異,盡可能關(guān)注所有學(xué)生,并多以問(wèn)題引導(dǎo)探究和多進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng).

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