讲透学科逻辑，渗透物理方法

何晋中

受澳门教育暨物理研究会的邀请，笔者担任第十一届全国青年教师课堂教学大赛澳门赛区选拔赛评委，澳门物理教师呈现了精彩的课堂，他们对实验的准备、细节的处理等让人深切地感受到澳门物理教育人的教育理想和教育情怀。笔者对初中老师展示的《光的折射》一节课印象非常深刻，这节课有不少地方给物理教师很好的启示。《光的折射》是初中物理光学的核心内容，是初中光学中的重要知识，是后续教学的关键节点，对后面的色散及下一章《透镜及其应用》有重要的奠基作用，且《光的折射》一节的教学可以很好渗透物理思想和方法。然而，现实中很多教师的教学仅停留于对光的折射现象的呈现和描述，这不仅增加了学生的记忆负担，更未能使学生真正理解光的折射规律及其背后深刻的物理学本质。现结合澳门物理教师的课堂分享笔者对《光的折射》一节课的教学思考。

一、培育学生的问题意识

1. 让学习从问题的源点开始

本节课老师带领学生复习前面所学过的《光的传播》一节中的观点“光在同种均匀介质中沿直线传播”，让学生利用逻辑联想这一观点暗示了什么内容。在教师的引导下，学生通过阅读、思考这一已学过的观点，产生如下疑问：“光在不同种非均匀介质中还是直线传播吗？该如何传播呢？”这样通过复习旧知识，产生新问题，让学生的学习从问题的源点开始，培养了学生的问题意识，也培养了学生的理性思维。

2. 通过有趣的现象产生问题

课堂中在引入光的折射一现象时，教师先在一个碗中放一个硬币，让学生站在某处观察，恰好看不到硬币，慢慢倒入水后，学生再从相同的角度观察，发现碗里藏着一枚硬币。由这一现象引发学生的思考，激发学生的问题，使学生产生学习的兴趣。

3. 通过问题培育质疑精神

在探究光折射的特点时，先让学生观察光束在空气中和水中的径迹，然后让学生画出光路图。为了描述这一现象引入入射角、折射角等概念后，抛出问题：在图1中，为什么入射角是i，为什么入射角不是？琢呢？如果我们规定？琢为入射角，？茁为折射角，那么在作光路图时不用引入法线岂不是更简单呢？让学生通过观察现象后思考：是否存在有折射时没有反射的现象，还是折射和反射必定同时存在？

通过这些看似不起眼的问题触及物理最本质的东西，很好地激发学生思考，调动学生的学习热情，培育了学生质疑的意识和能力。正如古人所云：“学源于思，思源于疑。小疑则小进，大疑则大进。”质疑意识与质疑能力对于学生的后续学习、长远发展不可或缺，对国家、民族的科技创新更是十分重要。

二、渗透物理研究的方法

《光的折射》这一节课可以让学生体验物理科学研究的一般方法。物理上对物理现象的研究方法一般按照如下步骤进行：首先观察现象，然后用语言（文字语言、数学语言）描述现象，在描述现象过程中引入一些物理名词如物理量、物理概念等，最后再进一步定性或者定量地探究物理现象的规律，并抽象出一般的规律。本节课的教学，教师先展示光折射的现象，让学生观察光的折射，然后让学生画出光路图。为了描述这一物理现象对光的折射现象进行定义，引入入射光线、折射光线、法线、入射角、折射角、界面等有关名词，并在光路图上标出入射光线、法线、折射光线、入射角、折射角、界面等，通过实验观察结合光路图总结出规律。光从空气斜射入水中时的折射规律：折射光线与入射光线、法线在同一平面内;折射光线和入射光线分居法线两侧;光从空气斜射入水中时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角。总结该规律时可以让学生回忆光的反射现象的规律，类比光的反射现象规律来进行。最后，让学生思考并观察，光线从空气射入玻璃中又会怎样？反过来从水中或者玻璃中射入空气中又会怎样？通过该环节的实验与思考，把上述总结的规律拓展到更一般的情况：光从一种介质斜射入另外一种介质时，光线都会反生偏折，会产生折射现象。最后得到“在折射现象中，光路可逆”的结论。

三、讲透物理内在逻辑

物理教学中只有讲透物理现象背后的规律及其内在逻辑，学生才能理解物理学的本质，才能印象深刻，才能以不变应万变。《光的折射》一节课中，教师应该要特别注意讲清楚以下两点。

1. 折射角为什么是i，不是？琢呢？

为什么要把入射角规定为是i，而不是？琢，体现了物理学上追求简洁美的思想。把折射角定义为i，在对光的折射现象的更进一步的研究中，折射定律的表述为：（1）折射光线在入射面内。（2）入射角和折射角的正弦之比为一常数，若光从介质1斜射入介质2，用n1、n2表示两种介质的折射率，用n21表示介质2相对介质1的折射率，则==n21。如果把入射角规定为？琢，折射角规定为？茁，折射定律的公式为=n21，作光路图时不需要引入法线看似简单了，但是其折射定律的表述就显得很复杂，不符合物理上追求简洁美的思想，也不利于我们进一步学习折射现象的规律。折射定律的表达式虽然在初中教学和考试都不作要求，但是给学生做一个简单的介绍可以很好地激发学生学习物理的热情，可以让学生明白物理现象背后的来龙去脉，明白现象、规律背后的逻辑本质，才能记忆深刻，理解透彻。

2. 折射和反射同时存在吗？

有不发生折射的反射吗？有不反射的折射现象呢？实际上光的反射与折射是一起发生，物理前辈在研究的时候并没有把光的折射和反射分开来研究，而是作为一个整体来思考，只不过是为了方便后人学习，人为地把这两个现象分割开来。学生已经学习了光的反射和折射现象，让学生思考这样的问题，使学习体现了从整体到部分再到整体的程序，为了研究光现象（整体）——分为反射和折射（部分）——折射和反射是有机统一的（整体），这可以让学生对光现象、对物理有更高的认知。

四、简单介绍“最小作用量原理”

根据学生的实际情况，给学生简单介绍物理学上的“最小作用量原理”。首先，光在均匀介质中沿直线传播，就是作用时间最短的例子，两点间直线距离最短，沿直线传播是光从A点传播到B点的最快的方式。其次，如果光在传播过程中要经过两种不同的介质，比如从空气中斜射入水中，如图2所示，光在空气中的传播速度会比在水中略快。如果光还是简单沿直线传播则会用较少的时间通过空气，但是会用较长的时间以较慢的速度通过玻璃。这样的时间不会是最短的，光似乎“知道”自己该从哪儿通过，它会根据最小作用量原理选择自己的路径。介绍该原理的目的不在于学生是否掌握，而是让学生了解折射背后更一般的物理原理。

五、首尾呼应，学以致用

在物理教学中，不少教师通过实验、生活实例等来引入新课，这激发了学生的学习兴趣，然而当新课结束时却没有对开篇的实验、生活实例做出回应。这就没有很好地发挥实验的功能，也不能达到学以致用的目的。教学中应该要注意首尾呼应，在学习了新的知识后，应该要回头看，利用新知识解释引入新课时的实验现象及生活实例，这样整堂课的质量会得到提升，学生的认知水平也会得到升华。以《光的折射》一节课为例，在引入新课时通过实验导入新课，在课堂接近尾声时应该利用光折射的规律来解释这一现象。如图3所示，当碗里加水后，从碗底S点发出的光线，由水进入空气时，在水面上会发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼逆着折射光线的方向看去，觉得这些光线好像是从它们反向延长线交点S′发出来的，S′就是S升高的虚像，所以人能看到碗底硬币。如果碗中没有加水，人眼睛看到是和反向延长线在碗的侧壁上的区域，所以看不到碗底的硬币。

责任编辑   罗  峰