“光的折射探究实验”的教学设计

刘 虹

通过课堂教学活动使学生形成独立思考、自主学习的能力；具有科学精神、形成科学态度、学会科学方法；发展创新精神和实践能力、逐步形成适应社会需要的能够进行终身学习的能力。在课堂教学中开展探究活动，并让学生积极参与是培养学生能力的一种有效方式。笔者就人教版高中物理《光的折射》的教学内容，进行了探究实验的教学设计。

1、设计思想

由教师创设问题情境，提供相关的实验器材，让学生参与拟定实验方案、实验步骤，在课堂上通过学生自己的实验、观察、分析、讨论、总结等一系列活动，观察物理现象、探索物理规律。问题是整堂课教学的主线，学生是探究活动的主体，教师起着组织者、参与者和指导者的作用。

通过“问题→猜想→设计实验方案→动手实验探究→总结规律”的科学探究方法，以对问题的探究和解决来激发学生的求知欲、创造欲和主体意识。这种教学方式能够极大地激发学生学习的积极性、主动性，培养学生的科学探究能力。

2、教学过程

2.1复习

师：光是沿着怎样的路径传播的?

请同学们观察以下实验：激光在空气中(可在空中喷一些烟雾)、在透明玻璃砖里、在水中的传播情况。

生：光是沿着直线传播的。

师：光在空气、玻璃砖、水这样的均匀介质中是沿着直线传播的。

2.2创设问题

师：当光传播到两种介质的分界面时，会出现什么情况?

请同学们观察几个现象：

(1)教师出示水槽，把用防火透明胶纸密封好的激光电筒置于槽底，使电筒发出的激光在空气中直接斜射到竖直墙面上形成一小光斑。慢慢往水槽中加入适量的水，让学生观察墙面上的光斑有什么变化。

(2)取黑色木棒斜放入未盛水的水槽中，让学生看是直的。然后慢慢加入适量的水，再让学生观察木棒有什么变化。

师：看到了什么现象?

生：光斑在墙上随着槽中水深度的增加而移动；加入水后木棒好像在水面处折断了。

(3)请自愿参与活动的同学站在玻璃水槽的一侧，从水面上迅速地刺固定在水槽内壁上的小气球，刺中为赢。教师引导学生在体验中发现问题：若叉子瞄准的是眼睛看到的气球的位置，是刺不到气球的；只有当叉子瞄准的方向略低于眼睛看到的位置，才可能成功。

师：是什么欺骗了我们的眼睛?今天我们来进一步研究、学习光的传播的规律。以便今后，同学们就能理解以上现象了。

观察光在水面发生折射的现象：

教师演示，激光从空气中斜射入热水中(在热水中滴了几滴牛奶)，让学生观察到：光从空气中斜射入水中时，传播方向发生了偏折，在水面处还发生了反射。通过演示实验，再次强化学生对光的折射现象的感性认识，面对实验现象，建立物理模型，结合初中学过的光的反射，介绍入射光线、折射光线、法线、入射角、折射角等概念，为折射定律的探究打下基础。

实验探究：

教师介绍探究所需实验器材，包括激光器、半圆形玻璃砖、带有量角器的背板等，着重通过实验介绍光线经过半圆形玻璃砖的特点。如图1所示。

师：当光从空气中斜射入半圆形玻璃砖的平面时，什么是入射光线、折射光线与法线?它们的位置关系如何?

生：通过实验观察，得出三条线的位置关系：入射光线、折射光线与法线在同一平面内，入射光线与折射光线分居法线两侧。

师：当光从空气中垂直射人半圆形玻璃砖的平面时，入射角与折射角各为多大?

生：折射光线的传播方向不变，即入射角与折射角都为0°。

师；当光从空气中斜射入半圆形玻璃砖的平面时，入射角逐渐增大，让学生观察现象。

学生归纳总结出入射角i和折射角r之间的关系：

①当光从空气中斜射入半圆形玻璃砖的平面时，折射角小于入射角；

②折射角随着入射角的增大而增大，随着入射角的减小而减小。

师：折射角与入射角之间到底存在什么样的定量关系?

(多媒体模拟演示实验)改变光的入射方向，记录每次变化的入射角与折射角的数据。课堂讨论，让学生充分发挥想象，提出猜想，再通过具体的实验数据分析，找出规律。

在学生讨论的过程中，教师可以适时进行引导：

折射角与入射角成正比吗?折射角的平方与入射角的平方成正比吗?入射角与折射角之差是定值吗?它们之间的规律看来好象是不容易发现的。

教师对学生的讨论作总结，并说明最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳分析了大量的数据后，成功找到了两者的关系，即折射角的正弦与入射角的正弦成正比。

很多学生容易认为只要发生光的折射，其折射角一定小于入射角。教师可以通过光路可逆实验帮助学生提高辨别能力。纠正学生的错误想法。

师：当光从空气中斜射入半圆形玻璃砖的平面时，会发生偏折。如果我们让光沿着偏折的方向从半圆形玻璃砖射入空气时，光会按照原来入射的方向射出吗?

生：推测、猜想，提出自己的实验设计方案，从中选出较为合理的实验方案。

实验观察：让光从空气中斜射入半圆形玻璃砖的平面，改变入射角，让学生填写下面的表格；

再让光从半圆形玻璃砖斜射入空气中，调整入射方向，使其折射角的大小为第一次实验的入射角大小，记录下入射角，让学生填写下面的表格：

分析论证：从上面的实验中，我们发现表格中的数据在误差范围内相同，这说明光的折射遵循光路可逆。

师：①现在请大家思考解释在2.2中提出的3个物理问题(教师可通过作光路图来引导学生加深理解)

②我们早晨看见太阳出现在地平线上时。太阳真的在那里吗?请同学们想一想，如果地球表面投有大气层，那么观察到的日出时刻比实际是延后还是提前?

③大家还能用光的折射规律解释生活中的一些简单现象吗?

3、教学反思

在课堂上，学生的讨论非常活跃，在分析讨论过程中，教师及时对学生进行鼓励，整堂课问题是教学的主线，学生的研究活动是主体。教师起着组织者、参与者和指导者的作用。在整个实验探究的过程中，教师因势利导，层层追问。引出新的问题，引起学生进一步的思考。这个探究过程充分体现了科学探究活动的基本要素，学生获得了深层次的情感体验，也体会到科学家寻找科学规律的艰辛。