巧设探究 激发思维①——以“光的直线传播”教学为例

孙长云

(江苏省南京市六合区金牛湖初级中学，江苏 南京 211521)

1 引言

“光的直线传播”是苏科版初中物理八年级上册第三章第三节的内容，本节的重点内容是光的直线传播及其应用。光的直线传播既是几何光学的基础，又是学习光的反射定律、折射规律的必备知识。本节内容与日常生活紧密联系，学生在日常生活和小学科学课中已经知道光沿直线传播的结论，但认识较为浅显。初中生思维活跃，对自然界中的很多现象充满好奇，然而动手能力、逻辑抽象思维能力较弱，但他们对色彩、动画、游戏等比较感兴趣。教师需设计系列活动，引导学生探究，归纳得出光沿直线传播的规律。

1.1 教学目标

(1) 通过探究，知道光在均匀介质中沿直线传播，会用光沿直线传播来解释影子、日食、月食、小孔成像等现象。

(2) 学习物理模型建构的方法，用一根带有箭头的直线表示光的传播路线，会画简单的光路图。

(3) 知道光在真空中的传播速度，了解光在不同介质中的传播速度一般不同。

(4) 通过小组合作实验，培养学生的主动探究和合作交流能力。

1.2 教学重难点

重点：光在均匀介质中沿直线传播，解释简单的现象。

难点：设计实验，显示光的传播路线，建构光线模型。

1.3 教具准备

酒精灯、强光手电筒、激光笔、橙汁、水、铁架台、细棉线、果冻、喷雾器、白布、L形光源、用纸杯制作的针孔照相机、硬纸板等。

2 教学过程

2.1 导入

情境引入：播放春晚视频《逗趣》，学生玩手影游戏。

教师提问：影子的形成说明了什么？

2.2 新课教学

(1) 光的直线传播

问题1：激光笔射出光束，光是沿什么路径从光源处传播到墙上的？我们有什么办法将光的传播路径显示出来？

探究活动1：显示光的传播路径

教师手拿一支激光笔将光射向白布，提问：光从激光笔发出来之后是如何传到白布上去的？它的路径是怎样的呢？请同学们根据生活经验提出自己的猜想。

生：光是沿直线传播的。

师：同学们猜想光是沿直线传播的，那么怎样检验猜想的正确性呢？因为空气太稀薄，如果把光直接射向空气，看不到光的径迹。

师：请同学们利用讲台上的器材(激光笔、喷雾器等)，设计实验，验证光在空气中是不是沿直线传播，请大家边讨论，边设计实验，比比看，哪个小组想出的办法好。

师：现在请一个小组的同学把你们设计的实验操作给大家看看？

学生上台演示，用喷雾器顺着光的方向喷水雾，看到一条发光线。

师：大家看到了什么现象？

生：光在空气中的径迹是一条直线。

师：这组同学的实验演示非常好，我们在空气中看到了一条很明显的直线，验证了光在空气中沿直线传播的猜想。

设计意图：在光的直线传播探究活动中，显示光在空气、水中的传播路径是一个难点，可以利用学生的生活经验(阳光射进灰尘飞舞的教室)或观察图片(林中的光柱)，想出在空气中喷烟雾、在水中加橙汁的方法，利用光的漫反射呈现光的传播路径。所以要让学生经历光在透明的水中、玻璃中看不清传播路径的过程，从而想办法改进实验，使现象明显。

问题2：光沿直线传播应满足什么条件？

探究活动2：探究光沿直线传播的条件

师：仅凭刚才的光在空气中传播的实验，我们能够得出光沿直线传播的结论吗？要使结论更加可信，还需要补充哪些实验？

我又给大家准备了一些实验器材(激光笔、装水的烧杯、少许橙汁、玻璃棒、玻璃砖、果冻等)，请大家思考：怎样验证光在水中和玻璃中是沿直线传播的？

在水中先不倒入橙汁，发现光的径迹不明显后，学生想到加入橙汁(或牛奶)再观察。玻璃砖先不垫在黑纸上，发现光的径迹不明显后，再让学生把玻璃砖垫在黑纸上观察。

师：如果光从一种介质射到另一种介质，或者在同种不均匀的介质中又会怎样传播呢？还是直线传播么？请大家先猜想，再用实验验证。

实验：光从空气中射入水中

现象：光线发生偏折。

教师固定激光笔，使它发出一束激光射向远处墙壁，在光线经过的路径上点燃两盏酒精灯，墙上的光斑有何变化？

生：墙上光斑发生晃动。

师：“光沿直线传播”是有条件的，光在同种均匀介质中才会沿直线传播。

设计意图：得出“光在同种均匀介质中沿直线传播”这一结论，需要大量证据，运用归纳法得出结论。但是大量证据不是现象的简单堆砌，不是简单枚举，而是需要科学归纳。所以实验所选物质要涵盖不同状态的物质(如固态、液态、气态等)。教师提出问题：要想得出的结论更可信，你认为还需要补充哪些实验？激发学生思考，在讨论交流中选择合适的介质。这时学生会认为光在所有物质中都沿直线传播，教师提出问题：光是不是总是沿直线传播？有没有条件？启发学生思考反例，培养学生的求异思维，通过观察两个反例，正反对比得出完备的结论。

问题3：你能画出图1中物体在墙上的影子范围吗？

图1

建立光线模型时，采用任务驱动，让学生画出物体在墙上的影子范围。学生最初不能确定影子范围，教师用电筒光照物体显示出影子，用拉直的棉线从光源经过障碍物边缘到达影子边缘，发现对应点在一条直线上。换个位置，对应点依然在一条直线上(图2)。再给细线加上箭头，就可以地表示光的传播路径和方向，这就是光线。

图2

设计意图:光的传播路径怎样表示？带着疑问，教师通过演示实验(拉棉线)使学生仿佛看见一条条光线在传播，再加上箭头更能形象地表示光的传播路径。这时水到渠成，再讲“光线”概念，利用光线完成墙上影子的范围就容易得多了。模型法在后面力的示意图、杠杆、磁感线等的教学中会多次用到，但不能生搬硬套，还是要循序渐进，凸显学生的思维生长过程。

(2) 光的直线传播的应用

问题4：光的直线传播在生活中有哪些现象和应用？

生：影子和日晷计时、日食和月食、小孔成像、射击瞄准等。

探究活动3：小孔成像探究

教师先出示图片介绍《墨经》中关于小孔成像的记载，然后让学生取出用纸杯制作的针孔照相机，小孔的形状有三角形、长方形、圆形等，介绍各部件的作用。

点亮黑板一角的L形光源，学生分组进行探究：①观察小孔成像，重点观察像的倒正和虚实(图3)；②思考小孔成倒立像的原因，画出光路图；③设计实验验证像的形状与小孔形状是否有关；④设计实验验证像的大小与距离是否有关。最后教师用带孔的硬纸板模拟小孔，用两根贴上箭头的不同颜色电线代表两条光线，从光源出发，穿过硬纸板到达光屏(图4)。呈现出光线交叉行进的场景，加深小孔成像成倒立、实像的印象。

图3

图4

设计意图：小孔成像的特点是“倒立的实像”，怎么去证明？通过让学生观察光源的形状L和半透明光屏上像的形状，在黑板上画出物、像形状，通过对比分析，得出成倒立实像的结论，为后面学习平面镜成像、凸透镜成像打下基础。小孔成像的形状是否与孔的形状有关？需要通过实验来验证，采用控制变量法，改变孔的形状，保持其他条件不变，观察现象，得出结论。

3 教学反思

(1) 教学设计要符合学生的认知逻辑和学科逻辑，做到低起点、缓坡度、勤反馈。初中生关于光的直线传播拥有一定的前概念，在日常生活中积累了许多经验，如晚上手电筒的光束、雨雾天汽车车灯的光柱等。教师提出问题后，让学生自主设计实验，通过实验探究，让学生归纳出光的直线传播规律，充分体现学生的学习主体地位。通过师生演示，引导学生明白“光的直线传播”是有条件的，思维逐步深入，知识的建构也水到渠成。

(2) 教师要善于运用生活素材创设情境，从情境中提炼问题，让学生通过探究解决问题，获取知识，习得方法。问题要有针对性、启发性、层次性，本节课设计了4个主问题，涵盖了本节最重要的知识点，每个主问题又设计了相关的子问题，环环相扣，逐步深入。学生通过合作探究、师生交流、生生交流，学生都能去想、去做、去表达、去感悟。师生通过问题解决，自然得出正确的结论。“问题·探究”思维生长课堂还能使学生从中掌握探索物理现象的方法，培养学生的科学态度，教学充分体现了在做中学、在学中悟的理念。

(3) 要关注教与学的多元评价。本节课通过课前预习评价、课中活动评价、当堂反馈评价，评价形式多样，评价主体多元化，注重学法指导。在三个探究活动中，以问题引领思维，以探究发展思维。通过本节课，学生体会了归纳法的运用、求异思维对得出实验结论的作用、模型法和控制变量法的运用等。物理教育的目的不应只是教给学生知识，更应该多渗透科学方法教育，真正促进学生的思维发展，让学生成为会思考的人。