问题与任务齐驱动 素养与技能共提升①——以“光的反射”教学为例

李晓明

(江苏省苏州市相城区春申中学,江苏 苏州 215143)

美国著名学者哈尔莫斯认为：问题是教学的心脏，有了问题,思维才有方向；有了问题，思维才有动力；有了问题，思维才有创新。[1]在物理教学中用问题引导学生思考，以任务驱动学生进行实验探究，学生在问题解决中习得新知识，在任务完成中获得新技能。问题与任务在课堂教学中起到了引领作用，本文以“光的反射”教学为例，在问题和任务的驱动下，促进学生核心素养的提升。

1 创设任务情境,激发学习兴趣

在新课引入时，创设切合学生认知特点的任务情境，可以使学生立刻进入学习主题，实现主动学习。

教学片断1

在课堂教学开始环节，用PPT投影环靶，教师用激光射向教室后面，并未射中靶子。

任务1:请同学们借助合适的器材，在不调转激光笔的情况下快速射中靶心。

学生拿出平面镜，但任务的完成并不是一蹴而就的，而是在多次调整激光笔或平面镜的角度后才达成(图1)。

图1

问题1:这个激光打靶游戏中利用了什么原理？

由于学生已经知道人能看见不发光的物体是因为有反射光线进入人眼,从而回答：利用了光的反射。

任务2:请你利用手里贴了镜面膜的玻璃砖、激光笔和白纸显示出光反射时的光路。

学生多次尝试后发现：把激光笔贴着纸面照射可以显示出光路，随后教师提供嵌有圆柱形玻璃柱的激光笔套，使得光路更容易显示(图2)。

图2

任务3:请你将刚才的镜面和光路在白纸上记录下来。

学生通过描摹的方法勉强能将光路画出。

教师提示数学上两点确定一条直线的原理，帮助学生更方便地记录光路。同时，在作图的基础上介绍入射点、反射面、入射光线和反射光线等概念。

设计意图:激光打靶游戏贴近学生生活，符合学生的认知特点，能激发学生的学习兴趣。采用任务链的方式直接把学生引入所要学习的主题：光的反射，同时练习了显示和记录光路的方法，为接下来探究反射角与入射角的关系奠定了操作基础。

2 提出有效问题，养成科学态度

有效提问是课堂教学中教师与学生之间交流与互动的桥梁，它将教师的意图传递给学生，又将学生的学习情况反馈给教师。有效提问可以引导学生把握思维的方向，它是为理解而提问，也必须是有意义的提问。

教学片断2

任务1：保持入射点和反射面不动，改变入射光线方向，观察反射光线的变化。

问题1:你在实验中有没有发现一条特殊的光线？它与平面镜有什么位置关系？如何证明？

学生在动手操作的过程中发现：当入射光线与镜面垂直时，反射光线与入射光线重合。为学生提供一把直角三角尺后,他们自然会证明。

任务2：用图3所示的器材演示光的空间反射，入射光线出现后可明显地看到反射光线，在实验中慢慢地旋转转台，让学生仔细观察。

图3

问题2:在旋转转台的过程中，你有没有发现一个特殊的视角位置？它有什么特点？这一现象说明了反射光线与入射光线有什么位置关系？如何去证明这一关系？

学生发现一个视角，有一根光线完全挡住另一根光线，看上去重合了(图4)。经过分析与思考，部分学生指出：反射光线与入射光线在同一平面内，当提供一块白纸板，学生可以给出证明。

图4

任务3：保持入射光线不动，将平面镜一侧垫高，继续旋转转台，确保每个学生都能重见反射光线与入射光线重合。

问题3:你认为反射光线与入射光线所在的平面与平面镜有什么位置关系？如何证明？

有了前面问题的铺垫，学生就会发现它们是垂直的关系，并能借助直角三角尺给出证明。

设计意图:学生是学习的主体，教师创设问题情境进行引领，一些关键物理现象应由学生去发现和描述，让其明白人眼并不可靠，必要时需要经过测量或求证。借此培养学生严谨认真、实事求是的科学态度，也为接下来学习和理解法线做了一定的知识准备。

3 设计挑战任务,建立物理观念

在物理教学中应设计有挑战性的任务，虽然以学生现有的水平还不能完成，但通过教师的引导与帮助，学生经过适当的思考和学习，就能使他们的认识得到提升。人们有追求成功和由成功带来的积极情感的倾向，设计有挑战性的任务对力求成功的学生有很大的吸引力。

教学片断3

任务1：将平面镜放平，保持原有光路不变，重新在另一位置打开一支激光笔，调整后射向同一入射点，让学生观察现象。

问题1:两条入射光线与其反射光线所在的平面有什么位置关系？请用纸板搭建出它们与平面镜的位置模型。

学生经过讨论和思考，发现两平面相交，并用纸板搭建出三者的位置模型(图5)。

图5

任务2:如果有第三条光线射向同一入射点，则它和反射光线所在的平面与之前的两个平面有什么位置关系？请用纸板搭建出它们与平面镜的位置模型。

学生经过思考和讨论，总结出三个平面相交于同一直线，通过团队合作，完成了模型的建构(图6)。

图6

师:由此我们知道，所有射向同一点的光线与其反射光线所在的平面相交于同一直线，这条直线垂直于反射面，我们把它称之为法线。

教师引导学生在图2所记录的光路图上过入射点作平面镜的垂线，并演示曲面镜的情况下光的反射光路。

任务3:请你在图2中表示出入射光线的角度，即入射角。说明为什么要这样表示？

学生经过动手、思考和讨论，发现可以将入射光线与平面镜的夹角或与法线的夹角表示成入射角，考虑到前者在曲面上无法表示，大部分同学赞成后者，采用同样的方法可以表示出反射角。

设计意图:教材通过“信息快递”栏目介绍了法线、入射角和反射角，这些概念的引入显得有些唐突或牵强。通过以上学习，学生可以理解法线的特点及其意义。

4 组织学生活动,进行科学探究

情境和问题都只是手段，而活动既是手段也是目的。在课堂上开展科学探究活动，可以使学生体验物理规律的发现过程，这种活动是指向学习目标的活动，也是有意义的活动。

教学片断4

任务1:在光的反射现象中，反射角和入射角的大小有什么关系？请你设计一个表格用以研究它们的关系。

大部分学生回答：反射角等于入射角，也有同学回答：入射角等于反射角。教师投影设计的表格，并请学生介绍实验方案，学生开始动手实验。

任务2:你们的实验结论是什么？哪种表述更好？为什么？请你用三根竹签和泡沫来搭建光的反射光路模型。

学生经过讨论认为：用“反射角等于入射角”的表述比较好，因为反射角是随入射角的改变而改变的。同时学生搭建的模型如图7、图8所示，教师进行投屏展示。

图7

图8

设计意图:就反射角与入射角的关系让学生经历猜想与假设、设计实验与制定计划、进行实验与收集证据、分析与论证、表达与交流等科学探究过程，并通过搭建光的反射模型来评估学习结果。

5 应用物理规律,发展科学思维

通过应用物理规律可以检验学生对物理知识的理解，教师要组织各种教学实践活动，引导学生动脑、动口和动手，以形成技能技巧，并把知识转化为能力。

教学片段5

任务：要求学生举例并画出由S点发出两条光线经平面镜反射后的光路。

教师引导学生将两条反射光线反向延长，随后选择几张相对美观的作图予以展示。

问题1:图中有个相交的点，它具有什么意义？

学生隐约地感觉到这一点应该有意义，有学生回答：这应该是光源S的像。教师给予肯定和鼓励，并将不同的作图进行投影对比。

问题2:你觉得法线以及反射光线的反向延长线应画成实线还是虚线？为什么？

学生讨论后觉得还是应画成虚线，因为这不是真实的光线，也有同学觉得这都是辅助线，教师肯定他们的说法都有道理。

问题3:你觉得用虚线反向延长相交，表明平面镜成像有什么特点？

学生将“虚线”和“虚像”联系，短暂思考后答道：表明平面镜成虚像。教师将小孔成像和平面镜成像的图作对比，提示学生回忆实像和虚像的概念。

问题4:请你思考实像能在光屏上呈现而虚像不能呈现的原因是什么？

学生讨论后觉得实像能在光屏上呈现是因为有光线到达光屏，而成虚像时没有光线到达光屏。

设计意图:从光的反射角度进一步理解平面镜成像原理，对虚像的本质重新认识，基于初中几何光学的特点，培养学生利用作图研究光学问题的意识，达到发展学生科学思维的目的。

6 结语

光的反射定律是本节课的重点，法线概念的建立是本节课的难点，虽然课程标准中并未对法线概念提出明确要求，但在描述反射光线和入射光线的位置关系时，法线是一个关键的桥梁。[2]法线作为过入射点并垂直于镜面的直线，其存在意义是为了描述反射光线的位置时有个参照标准。

本节课的教学通过问题和任务驱动学生的科学探究，帮助学生形成对光路、法线以及光的反射定律的认知。这种教学将课堂真正交给了学生，突出了学生的主体地位，让学生在思考中动手，在动手中学习，在学习中提升，有效培养了学生的核心素养。