“光的折射”教学设计思路及案例

谭庆仁

(镇江市教育局教研室 江苏 镇江 212000)

周小奋

(镇江市第四中学 江苏 镇江 212000)

在2012年江苏省初中物理优课评比活动中，笔者之一执教的课题是“光的折射”．这节课在实验的可视化和大型化上准备充分，并能有效地创设问题情境，引领学生解决其在“最近发展区”上的认识误区，最终获得了该课题组一等奖．今呈现其教学设计思路及本课案例并进行点评，以供大家探讨．

1 教学设计思路

1.1 内容及其教育价值是什么

(1)“光的折射”是初中光学核心现象之一，它对于“透镜”等后续知识的学习，起着关键的作用．

(2)“光的折射”的学习过程，是一个典型的物理知识的建构过程，其中蕴含着丰富的物理思想和方法．让学生经历这样的过程，将有助于提高他们的物理学科素养．

1.2 与其他教学内容的联系

(1)知识内容(承上启下).

(2)思想方法(一脉相承).

图1 与其他教学内容的联系框图

1.3 可能的困难

(1)概念抽象

光的折射现象虽常见，但是由于无法直接看见光的传播路径，因此学生很难从日常生活中的常见折射现象中提炼出光的折射规律．

(2)知识综合

光的折射特点比光的直线传播、光的反射复杂，对学生的知识概括能力、逻辑思维能力提出了更高的要求．

1.4 教学策略

(1)教学思路

(2)教学方式：探究学习

图2 教学方式框图

教学策略一：实验感知，丰富物理表象

演示实验：光学“黑盒”使入射光线平移，光学“黑盒”对光发生了怎样的作用？

演示实验：引光入“井底”，得到光的折射规律．

学生实验：定性探究光线通过玻璃砖的折射特点．

演示实验：光线被“吹没了”，引起学生的思维兴趣．

演示实验：“水砖”实验验证学生的理论推导．

演示实验：光垂直入射时，折射角的大小．

演示实验：入射角增大时，折射角的变化情况．

演示实验：硬币“浮起”，引入光的折射特点的应用．

教学策略二：问题导引，设置认知台阶

问题1：光学“黑盒”对光发生了怎样的作用？

光线通过玻璃砖被整体平移——光没有沿直线传播(光路改变)．

问题2：如何将照射到容器侧壁上的光引入容器底部？

方法1：光的反射——用平面镜改变光路.

方法2：光的折射——加水来改变光路．

问题3：玻璃砖中有没有光线？

学生的光路图中缺少玻璃砖中的那部分，几乎所有学生都认为“看不见玻璃砖中的光线，所以其中没有光线”．通过演示实验：光线被“吹没了”——让学生了解“看不见”不等于“没有”．

问题4：如何画出玻璃砖中的光线？

知识基础：(1)玻璃砖的左右两侧有入射点和出射点．

(2)光在均匀介质中沿直线传播．

画玻璃砖中光线的方法——直接连接入射点和出射点．

问题5：根据光路图，对照光的反射，请归纳出光通过玻璃砖时的折射特点．

分为光从空气斜射入玻璃中和光从玻璃斜射到空气中两种情况分别归纳——归纳要注意全面性．

问题6：碗中加水后，看见的硬币在什么地方？

硬币原来被磁铁吸引在碗底，人眼看不见．加水后硬币“上浮”，重新被看见．看见的硬币在哪儿？由于还没有折射成像的知识，学生会认为看见的“硬币”还在原来的位置——折射也能成像，看见的硬币在真实硬币的上方．

2 教学案例

2.1 设疑引入

演示实验：光的直线传播．

师：这是什么现象？

生：光在均匀介质中沿直线传播．

图3

师：这是一个光学器件(展示被封装好的玻璃砖，相当于光学黑盒)，老师将这个光学设备放在光的传播路径上，请同学们观察光通过光学器件后传播路径如何改变？(效果如图3，其中的标志线事先在光学黑盒外侧画好，使入射光线与标志线在一条直线上)．

生：偏折了．

师：向哪儿偏折？

生：向右(向上)．

师：这光学器件是什么？它对光线又会发生怎样的作用，这些都是本节课要研究的问题．

点评：

通过光学黑箱呈现学生没有见到过的光学现象，起到了设疑的作用，从而激发了学生学习的兴趣.

2.2 新课教学

师：经过调整，使光线射到了容器侧壁上，请问同学们有没有办法让射到侧壁的光线偏折到容器底部？

生：加水．

师：加水时请同学们注意观察.

(1)水槽侧壁光斑的位置是否发生变化；

(2)光线由空气斜射入水中时，方向是否发生偏折．

图4

教师演示(效果如图4所示)，指出这就是光的折射现象并介绍“三线两角”．

点评：本演示实验所采用的强激光增强了实验的可视度，效果非常明显.

师：开始老师展示的光学器件使光发生了什么？

生：折射．

教师打开光学器件外壳，展示玻璃砖并介绍其为长方体，相对面彼此平行．

点评：打开黑箱揭开迷底，进一步激发学生刨根问底的愿望.

师：同学们想不想研究光通过玻璃砖时会发生什么？

生：想．

师：桌上有玻璃砖、激光笔和一张白纸．要研究光通过玻璃砖的现象应该先做什么？

生：画光路图．

师：对，我们首先应画出玻璃砖的位置．当激光斜射向玻璃砖时，如何画出光线？

生：在纸上点两点，因为两点确定一条直线．

师：正确．在实验中请注意：激光请勿入眼！

学生分组实验(4 min)．

展示学生画出的光路图(图5)．

图5

点评：进行分组实验时，教师并没有明确为什么要做这样的实验，从而为下面光的折射规律的动态生成奠定了基础，可谓水到渠成！

师：那光在玻璃砖中是如何传播的呢？

师：如何画出玻璃砖中的光线呢？

生：直接连接入射点和出射点，因为光在均匀介质中沿直线传播．

师：请同学们完成光路图．

展示学生所画的光路图[如图6(a)]．

点评：学生所做实验时，并没有看到玻璃的光线，教师通过理论探究得到了原本看不到的那一条玻璃砖中的光线.

图6

师：我们利用所学知识推导出了光的传播路径，实际是否真的这样呢？请同学们观察．

演示实验：光线通过水砖时的偏折现象[如图6(b)].

师：画出的光路图与看到的实验现象是否一致？

生：一致．

师：光的折射有三线两角，请大家补充完整．

展示学生所画的光路图并评价．

师：通过光路图，同学们发现光发生了几次折射？

生：两次．

师：在图中同学们看见了几条光线？

生：3条．

师：两次折射不是有4条光线么，为什么只有3条？

生：第一次的折射光线就是第二次的入射光线，重合了．

师：很好．

点评：光靠理论探究还不够，教师用光通过“水砖”(类比玻璃砖)的实验清晰的看到了光在水中的光路，从而证实了上述理论探究的结果！

教师通过课件展示图7

图7

师：这是什么现象？

生：光的反射．

师：请同学们齐声背诵“光的反射定律”．

生：……(省略)．

点评：光从空气进入介质和从介质进入空气两种光学传播途径在玻璃砖实验中得到了淋漓尽致的体现.所以，引导学生准确地画出光通过玻璃砖的光路图是一个难点，也是一个重点.

师：请同学们对照 “光的反射定律” 并根据光通过玻璃(水)砖时的光路图[图6(b)]小结光的折射特点．

生：光折射时，折射光线、入射光线、法线在同一平面内；

师(评价)：同学们刚才是在水平桌面上完成实验的，所画出的折射光线、入射光线法线本应共面．

生：折射光线、入射光线分别位于法线两侧；

师：在光路图中可以看出这个特点．

生：折射角小于入射角．

师：光线通过玻璃砖时发生了几次折射？

生：两次．

师：你觉得这两次折射时，折射角和入射角大小关系一样么？

生：不同，第一次入射角大，第二次折射角大．

点评：类比于光的反射定律，引导学生得到折射规律，有利于学生在归纳折射规律时不至于太发散.

师：所以，光通过玻璃砖时的折射特点分为两种．光从空气斜射到玻璃(水)中，折射角小与入射角；光从玻璃(水)中斜射到空气中，折射角大于入射角．

点评：光通过玻璃砖发生了两次折射，弄清两次折射的入射角和折射角是一个重点内容，教师的正确引导非常重要！

师：在光路图中(图6)，还可以发现什么特点？

生：……(答不出)．

师：请同学们延长最初的入射光线，发现了什么？

生：哦，最后的折射光线与最初的入射光线平行．

投影展示光的折射特点，学生整理．

师：刚才咱们研究的都是光线怎么入射？

生：斜射．

师：还有什么入射？

生：垂直入射．

课件展示入射光线与分界面垂直．

师：现在的入射角是多少度？

生：零度．

演示光线从空气垂直入射到水中．

师：折射光线有没有改变方向？

生：没有．

师：折射角是多少度？

生：零度．

师：我想让入射角增大，哪位同学上台试试？

学生演示：入射角增大(即激光笔越来越倾斜)．

师：做得很好，老师再演示一遍，请同学们注意观察，入射角增大时，折射角如何变化．

生：……(答不出)．

师：主要是受到入射光线的影响，不易看出折射角的变化，最好让入射光线消失，如何才能让入射光线消失？

生：(齐声回答)吹气．

师：对，关闭雾化器，将容器中的水雾吹去．

演示实验：吹去水雾后，增大入射角，观察折射角的变化情况(由于只剩折射光线，所以很容易看出折射角的大小变化)．

生：入射角增大时，折射角增大．

投影光的折射特点并进行小结．

点评：教材之所以选择玻璃砖作为学生分组探究实验的器材，是因为该实验的可控性、可操作性和体现折射规律的全面性。吃透教材的用意是用好教材的关键！

师：老师带来了一枚硬币和一个小碗，请同学们检查有没有问题(学生检查不出问题)．硬币放入碗中后将碗倒置，硬币为什么掉不下来？

生：……有水．

师：刚才同学们已经检查过了，没有水．

生：吸铁石！

师：对！老师在碗的背面偷偷放了一枚吸铁石，也就是说硬币的位置不会轻易改变．

演示：将碗放在实物投影仪上，调整至正好看不见硬币．

师：为何看不见硬币？

生：光沿直线传播．

演示：加水后硬币再现．

师：请同学们画出人眼看见硬币的光路图．

展示学生所画光路图(图8)．

图8

师：第一幅图[图8(a)]是否正确？

生：错误，光从水中斜射入空气中，折射角应大于入射角．

师：第二幅图[图8(b)]是否正确？

生：错误，人眼看见硬币应该是光射入人眼．

师：所以正确的是第三幅图[图8(c)]．

师：请同学们想一想，你们看见的硬币在哪儿？

生：在原来的位置．

课件演示：两条折射光线大致确定硬币的位置(如图9)．

师：看见的硬币位置和其实际位置相比有无变化？

生：变高了(变浅了)．

师：真正的那枚硬币位置有没有变化？

生：位置没有改变，但是感觉硬币“浮起”了．

图9 图10

点评：通过小魔术和生活中的折射现象的解释，一方面再次让课堂达到高潮，另一方面也让学生体验到了光的折射规律在生活中的应用无处不在.

课件展示(如图10)

师：哪条鱼是真正的鱼，哪条鱼是看见的鱼？

生：上方的鱼是看见的鱼，下方的鱼是真正的鱼．

师：如果你是渔夫，应该将鱼叉投掷在什么地方？

生：投掷向看见鱼的下方．

课件展示(唐诗；储光羲 钓鱼湾)，学生齐声朗读．

师：这首诗是诗人情感的真实流露，其中有一句和光的折射有关，是哪一句？

生：“潭清疑水浅”．

师：同学们明白其中的道理了吗？

生：我们看见的池底向上“浮起了”，所以说“潭清疑水浅”．

课件展示(图11)

图11

师：这是课本上的一幅图，漫画人物有没有读过“钓鱼湾”这首诗？

生：没有．

师：如果读过，他就不敢贸然下水．请同学们注意：即使会游泳的同学在陌生水域也不能下水．

课件展示(图12)

师：这泳池看上去深不深？

生：不深．

师：实际深度为3 m．

图12

生：(惊讶)

师：用一句诗描述就是“潭清疑水浅”．