科学探究作为新一轮物理教学改革的一大亮点,如何体现在教学之中?《光的折射》(人教版义务教育课程标准实验教科书八年级物理上册第二章第四节)一节教学片段,或许会给同行们一点启发。

【片段一】实验探究“光的折射现象”

师:大家知道,光在同种均匀介质中是沿直线传播的,那么光在不同介质中怎样传播呢?

生:可能沿直线传播。

生:传播方向可能发生改变。

师:怎样证实猜想是否正确?

生:观察和实验。

师:对!观察和实验是物理学最基本的研究方法。现在老师给同学们提供了一些实验仪器,其中有水、玻璃水槽、玻璃烧杯、能折叠的白板、激光器、碗、硬币等,下面请你们利用这些仪器充分发挥各自的聪明才智设计实验进行探究,比一比,看哪个组设计的实验最多、看到的现象最明显。

(学生以组为单位进行实验探究,然后介绍自己的设计及观察)

生(1):我们把玻璃砖贴在白板上,让激光器发出的一束光沿白板由空气斜射入玻璃中,可以看到光在空气和玻璃中的传播路径不在一条直线上了。

生(2):让一束光由空气沿白板斜射入水中可以看到光的传播方向发生了偏折。

生(3):先让激光器发出一束光,在墙上形成一个光斑,然后再让这束光通过玻璃杯,可以看到在墙上形成光斑的位置发生了变化,这说明光从玻璃射入水中,又从水中射入玻璃再进入空气中时传播方向发生了变化。

(教室里响起了热烈的掌声,一些同学听后采用同样的方法进行着实验)

师:通过实验,同学们可以得出什么结论?

生:不论是光从空气斜射入玻璃中,还是从空气射入水中、从玻璃射入空气中,光的传播方向都发生了变化。

师:像这种光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向一般发生变化的这种现象,我们称为光的折射现象。

师:你认为日常生活中哪些现象可能与光的折射有关?

生:洗脸时,盛满水的盆底看起来上升了。

生:透过圆形鱼缸,看到的金鱼比实际的要大。

生:把一块厚玻璃放在钢笔的前面,笔杆看起来好像“错位”了。

……

【片段二】实验探究“光的折射规律”

1、演示实验,建立概念

师:刚才同学们列举了很多有趣的现象,其中的奥秘在哪呢?

教师演示,让一束光沿着纸板由空气斜射到水面,请同学们观察折射现象,引导学生找出入射线、入射点、折射线。

师:在前面为了研究光的反射现象的方便,我们引入了一条法线。今天为研究问题的方便也可以引入一条法线。想想看,这条法线应怎样作?

生:过入射点作一条垂直于水面的直线。

教师利用多媒体动态展示折射光路图及各线和角。

2、类比问题,猜想假设

师:同学们想一想,我们在学习光的反射规律时主要研究了哪些问题?

生:主要研究了反射线、入射线和法线的位置关系及反射角与入射角的大小关系。

师:对,研究光的折射规律实际上也是研究三线的位置关系和二角的大小关系。你能否根据刚才实验,类比光的反射定律猜想一下,光在发生折射时可能遵守哪些规律?

生:折射光线、入射光线和法线在同一平面。

生:折射线和入射线分居法线的两侧。

生:折射线和入射线、法线可能在同一条直线上。

生:折射角等于入射角。

生:折射角大于入射角。

生:折射角小于入射角。

生:当入射线逐渐靠拢法线即入射角减小时,折射线也逐渐靠拢法线,折射角也随之减小。

师:同学们说的都很好。下面请同学们带着这些猜想,人人都来当一回小科学家,利用桌上的实验仪器设计实验,探究一下光在折射时有什么规律?

3、设计实验,收集数据

学生分组实验、收集数据。教师巡视、指导,参与其中,重点指导学生合理选择入射点、科学寻找折射线。

4、分析论证,汇报交流

师:通过实验,同学们得出了哪些结论?

生:折射光线、入射光线和法线在同一平面上;折射光线、入射光线分居法线两侧。

师:你们是怎么发现的?

生:我们做了几次实验都没有发现三线不共面的情况和两线不分居两侧的情况。

生:我们发现当光从空气垂直射入水中时,光的传播方向并没有改变,而是沿直线传播。可见发生光的折射现象是有条件的:光应该斜射入。

师:同学们说的很有道理,那么折射角和入射角的关系如何?

生:我们原先猜想折射角应等于入射角,但通过实验发现,折射角一般不等于入射角。

生:我们做了几次实验都观察到折射角总小于入射角,用量角器测量后发现的确如此。

师:看来实践是检验真理的唯一标准,实验最有说服力。还有其它看法吗?

生:当光垂直入射时,由于光的传播方向不变,折射角应等于入射角。

师:对!这是一种特殊情况。

生:我认为如果光从水中斜射入空气中的话,折射角应该大于入射角,因为发生反射时光路是可逆的,我想发生折射时光路可能也是可逆的。

师:你能采用类比和逆向思维的方法进行大胆设想,值得老师、同学们学习。好,现在欢迎你到讲台上给大家演示演示。

(学生上台演示)

师:刚才同学们看到了什么现象?说明了什么问题?

生:我们观察到折射角确实大于入射角,这说明发生折射时光路是可逆的。

生:这也说明发生折射时折射角是大于入射角还是小于入射角,要看光是从哪一种介质斜射入哪一种介质。

师:大量实验证明当光从空气斜射入水、玻璃等透明介质时折射角小于入射角,反之相反。

【短评】

山东省莱芜市教育局教研室 程美贵:

李老师在教学中有效渗透了实验观察、猜想假设、类比分析、反证、逆向思维、综合、抽象、概括归纳、科学推理等科学研究方法。如折射光线、折射角概念、光的折射规律都是在学生已有知识的基础上采用类比分析、猜想假设、实验归纳等方法建立和形成的。这样不仅使学生清楚了概念、规律建立和形成的历程,明白了物理概念、规律的来龙去脉,实现知识的正迁移,更重要的是有利于学生在头脑中形成正确的物理表象和“模型”,加深对物理概念和规律的正确理解和灵活运用,有利于学生学会正确的思维方法,培养学生的创新思维能力。

山东省莱芜第一中学 李士勇:

在这节课中,教师充分调动了学生的主动性,科学探究的各个主要环节是由学生自己操作的,问题是学生提出来的,办法是学生自己想出来的,规律是学生自己归纳出来的。教师注重给学生创造宽松和谐的探究氛围,只是在关键处适时点拨、启发诱导,为学生的学习扫清障碍,引导学生去寻找和发现。如在探究“光的折射规律”时,对于入射点的选择,李老师提的建议就恰到好处。教学中,学生成为了真正的学习主人,积极参与每一个教学环节,品尝到了成功的喜悦,体验到了学习的快乐。教师在整个教学过程中只是一个组织者、参与者和引导者,较好地处理了教师引导和学生自主的关系,实现了新课程理念下教师角色的根本转变。

山东省曲阜师范大学物理工程学院 李新乡:

教学过程具有探究的精神。教师重视引导学生设计实验、进行实验与收集证据、分析与讨论、交流与合作等能力的训练,做到了以物理知识和技能为载体,让学生经历科学探究过程,学习科学探究的方法,培养了学生的科学探究精神、实践能力和创新意识。

需要改进的是:应该进一步加强用科学探究的思想指导物理教学。例如,对学生提出的猜想,多数未让学生说明猜想的理由,这样容易使部分学生不是进行科学的猜想,而是无根据的胡猜乱想。再者,若能将学生设计实验过程中所遇到的问题展现出来,成为学生探究过程中的学习资源,这对学生科学探究能力的发展更为有利。建议进一步加强科学探究理论的学习与实践,逐渐使其“形”、“神”兼备。