苏科版光的反射难点突破方法

赵朋

摘 要：本文介绍苏科版《光的反射》教学难点的讲授方法，教学设计中注意渗入立体几何的知识，注意用红色和绿色的激光仪改进实验演示的效果。

关键词：苏科版；光的反射；立体几何；红色和绿色激光

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）12-0058-2

《光的反射》这一节内容是苏科版第三章《光现象》的最后一节，学生學完这一节，基本可以对部分光现象有自己的认识，可以解释一些现象。比如：人眼能看到自身发光的物体，人眼能够看到发光物体在平面镜中的像，人眼还能从不同方向看到本身不发光的物体，人眼还能看到不发光的物体在平面镜中的像。前面几节内容，主要是对于现象的一些认识，所以这一章的标题叫做《光现象》，这一节是对前面内容的一个很好的总结，也解决了之前的一些疑惑。从物理现象学到了物理规律，从认识“是什么”到理解“为什么”，这就是这一节内容在本章的地位。然而，对于光的反射规律的探究，笔者感觉教材上的实验设计存在一些不足，也对教材内容进行了一些思考，只要理清两个问题，难点也就突破了。

1 为什么要引入“法线”

苏科版教材是以信息快递的方式呈现了法线的概念，法线：过入射点并垂直于镜面的直线。在备课过程中，笔者对于法线的认识也经历了从粗浅到深入的过程，现在就简单谈谈笔者的认识过程：

观点一：法线的引入是为了研究反射角和入射角的关系，是为了便于表述反射定律，反射定律中的三线共面，两线分居都直接涉及了法线，等角也间接用到了法线，没有法线，要如何表述光的反射定律呢？这种认识，虽然肤浅，但笔者在多年的教学中基本也是这样认为的。

观点二：立体几何使我们了解，有交点的两条直线一定共面，那么只讨论反射光线与入射光线在同一平面内就没有意义。所以引入法线，三线共面才能表述，才能确定入射光线和反射光线在空间的位置。如图1，纸板1的三线位置关系也是完全符合光的反射定律的，三线共面，两线分居法线两侧，等角。但是，这样的法线位置是不符合事实的，肯定也是错的。也说明了一点，法线的概念引出不是角平分线，不是为了研究角度关系而得出的。

观点三：物理定律的表述方式不是唯一的，比如说牛顿定律在初中物理教材、高中物理教材和大学物理中的表述是有差异的，这种差异是为了符合不同知识储备的学生的认知规律。笔者觉得反射规律如果在高中物理课本中出现，就可以不需要引入法线的概念了，所以法线这个概念只是为了符合不具备立体几何知识的初中学生的认知规律而引入的。实际上光的反射定律有三种表述，分别是标量表述、矢量表述和矩阵表述。标量表述就是我们所熟知的表述，矢量表述更加精确地表述了光在空间的反射特点，矩阵表述更加适合于计算机对于光路的精确运算。

但是，如果没有法线，还能准确表述反射定律吗？可以，没有法线的反射定律可以这样表述：反射光线和界面的夹角等于入射光线和界面的夹角，反射光线和入射光线所在的平面与界面垂直。我们初中阶段学习反射定律还不具备面与面垂直的概念，所以认知有困难。教材采用了一个折中的方法，用法线来确定垂直于界面的这个平面。虽然线与面的垂直也属于立体几何的内容，但是对于初中学生而言比面与面的垂直容易理解，既符合了学生的认知又准确表述了光的反射定律。

所以，法线的意思在于固定了反射光线和入射光线所在的平面与界面垂直。课本中法线的介绍就是从反射光线和入射光线重合这个特殊位置开始的。符合学生的认知规律，自然给出了法线的概念。

2 “反射光线、入射光线和法线在同一平面内”如何突破

“三线共面”按照科学探究的一般步骤，学生要先猜想，后设计实验探究，最后小组合作、交流得出“三线共面”。但是，受制于学生的几何知识，学生的平面几何知识不足以让学生跳出平面到空间角度去思考，所以猜想一般是假猜想。教材的处理比较巧妙，相当于反证法，翻折纸板没有看见反射光线，只有两侧纸板在同一平面内时，才能看到反射光线，所以“三线共面”。实际上这样的探究最多可以算是验证实验，学生也会觉得莫名其妙，不知所以，仅仅记得了结论。

笔者的想法是，三线共面需要先感知，让他们看到三条线，但是入射光线和反射光线通过烟雾可以观察到（如图2），法线本身就是一条辅助线，实际并不存在，是为了研究光的反射现象而定义的一条垂直于镜面的直线，如何才能让同学们看到法线呢？我们让一束红色激光垂直于镜面照射，这时候入射光线和反射光线重合，这束重合的光线虽然不是法线，但正是法线所在的位置，完全可以代替法线。有了法线，我们再用一束绿光射向同一个入射点，又看到了入射光线和反射光线（如图2）。

初中学生由于不具备立体几何的知识，他们对于三线共面的认识只能依靠经验。所以，为了加深学生的认识，老师用PVC管模拟了反射光线、入射光线和法线（如图3）。当老师缓慢转动时，通过某个角度观察时，你总能看到三条“光线”似乎汇合为一条“光线”，说明了这三条“光线”在同一平面内。然后，进一步通过生活经验，使同学们了解到，共面的三条线从侧面某个角度观察会只看到一条线，从而证明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。这样的处理方法避开了由于学生立体几何知识的欠缺所导致的假探究，又很好地处理了“三线共面”的难点。

（栏目编辑 王柏庐）