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《光的折射规律》这节课是获得全国第十二届青年教师大奖赛一等奖的一节课，本节课设计是从关注生活、从生活走向物理、光的折射是以光的直线传播和光的反射为基础展开的，在研究方法上存在一定的相通性，本课通过欣赏图片——倒影，让学生从反射现象中发现新问题； 通过观察实验，发现光发生偏折并让学生自主归纳出光的折射，提高学生的观察、归纳能力；通过让学生分工合作、自主探究光的折射，实验完成后交流数据；然后学生发表观点，形成相对完备的关于两角、三线之间以及可逆等关系的结论，提高学生的科学探究能力；通过游戏巩固规律，并发现新问题，通过建立模型方法找到解决三线是否共面的方法，在得到较为完整的折射规律的同时提高学生的建模思想；通过瞄准活动，了解折射规律在生活中的应用；最后了解自然界中丰富多彩的折射现象，领略自然的美妙。
教学片段一
（导入新课）
师：同学们，屏幕上有一正一倒放置的两张照片，你能找出正放的那张吗？有请！
生：第一张。
师：正确，你的依据是？
生：水面的倒影会暗一些。
师：完全正确，请坐！更暗，说明进入眼睛的光较弱，而倒影是光的反射形成的，莫非有一部分光没有反射回来？我们用实验来检验一下，如图1所示，为了显示光路，老师制作了一个烟雾喷射器，请仔细比较两条光线的亮度。你观察到较弱光线是？
生：（观察后）反射光线。
师：这说明我们的推断是正确的，还有一部分光到哪里去了呢？
生：进入了水中。
师：有道理。光从空气进入水中，会沿着空气中的方向继续传播吗？仔细观察（揭开挡板），你的观察结果是？
生：不会。
（方向发生了改变。）。
师：光从空气进入水中，传播方向发生了改变，光进入其他介质时，传播方向是否也会发生改变呢？物理学中，光从一种介质进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。
教学赏析：引入新课，从生活中的美图开始。创设情境，从图中找出本节课的关键词。光的反射与折射，通过观察水面，发现光线的强弱，从而提出光线在水中是如何传播的，这样做的目的是让学生通过观察自主发现新问题，激发学习兴趣。
教学片段二：建立光路图
师：类似光的反射，我们可以根据折射现象，画出光路图。（板书：画图）画一条水平线代表介质分界面，上方是空气，下方为水。空气中射向水面的光线AO叫作？
生：入射光线。
师：过入射点作介质分界面的垂线NN′称作？
生：法线。
师：进入水中的光线OC可以怎么称呼呢？
生：折射光线。
师：显然，折射光线发生了偏折，如果折射光线往法线方向偏折，叫做偏向法线；反之称作偏离法线。另外，入射光线与法线的夹角叫做入射角α，折射光线与法线的夹角就称作折射角γ。
教学赏析：运用教学迁移的方法，将探究光的反射方法迁移至探究光的折射规律，教学过程中采用了一个自制的实验器材，如图1所示。教学中，将纸板揭开演示光从空气进入水中的传播情况，可以观察到光线射入水后方向发生了改变，通过分析投影中光从空气斜射入水中的偏折现象到观察普遍存在的偏折现象，建立起折射的概念。这一教学过程的实施渗透了严谨的科学探究思想。教学过程中介绍折射光线和折射角，为学生自主探究光的折射提供基础。
教学片段三：制订计划
师：光折射时线与线之间，角与角之间究竟有怎样的规律呢？这就需要我们通过实验去探究！考虑到规律的普遍性，我们必须不断改变实验条件反复实验，这需要很长的时间，如何在短时间获得大量的实验数据呢？
生：分工合作！
师：很好，今天我们就分工合作，一起探究光在空气和玻璃间的折射规律。你认为影响折射角的主要因素是什么？
生：入射角。
师：入射角是入射光线与法线的夹角，如果绕入射光线入射点顺时针旋转，则入射角如何变化？
师：今天同学分为四组，分别去观察对应区域内不同入射角下的折射现象并加以记录，完成实验后，组长汇报本组实验数据，再一起分析数据得出实验规律。实验器材有实验记录单，玻璃砖，激光笔，带底座的小圆筒，记号笔，以及刻度尺。为了更好地完成实验，请同学们先观看一段视频。
生：观看视频。
教学赏析：通过观看视频，制定科学探究的方案，这是因为探究的根基在于制订计划，探究之前要求学生做到：
1.确定研究主题及任务分工。考虑到规律的普遍性需要大量实验数据，从而提出大家分工合作，共同完成实验，再共享数据，一起分析交流。
（1）确定研究对象：研究光在空气和玻璃间的折射；（2）寻找实验变量：影响光在空气和玻璃间的折射的因素；（3）明确任务分工：四大组分别去观察对应区域内，在不同入射角下的折射现象并加以记录；（4）明确交流方案：完成实验后，组长收集组内数据和大家分享，再综合分析后总结出较为普遍的实验规律。
2.介绍实验器材及其使用
实验器材：第一组：玻璃砖，激光笔1支，实验表格1张，刻度尺1把，记号笔1支。
学生实验，教师适当提供帮助，引导学生进行交流。
利用视频介绍具体的操作方法。
3.学生实验：指导学生实验
在以上的铺垫之后，加上学生已经经历过探究光的反射定律及平面镜成像的过程，对光的反射规律有较为全面的理解，从而迁移到探究光的折射规律上来，这样做既可以提高学生的自主探究能力，也可以增强科学探究意识。
教学片断四：分析论证
师：感谢大家的分享，各组观察到的现象各不相同，接下来进入探究的关键环节：分析与论证。各组实验条件各有两个，面对多变量问题，我们采取什么方法进行研究？ 生：控制变量。
师：得到的结论是？
生：折射光线的位置和入射光线的位置相反。
师：能否迁移光的反射定律中关于三线位置关系的描述呢？
生：折射光线和入射光线分居法线两侧。
师：第一条规律：折射光线和入射光线分居法线两侧。如果入射光线在法线上方，折射光线在哪里？
生：法线的下方。
师：继续分析，可以发现折射光线的偏折情况及两角的大小关系总是同步变化的，因而可以合并研究。分析你可以得出什么结论。
生：光从空气进入玻璃时，折射光线偏向法线，折射角小于入射角。
生：光从玻璃进入空气时，折射光线偏离法线，折射角大于入射角。
师：老师假设入射角减小到零度，即沿着法线垂直射向玻璃或者空气，折射光线还会偏折吗？
生：不发生偏折。
师：非常棒的推理，但是再完美的推理也必须经得起实验的检验。现在请以最快的速度，用激光笔沿着法线入射，看是否观察到一条直线。比比看哪组最快，开始实验！
师：光垂直射入玻璃（或空气）中传播方向不变。这不就和第二条规律产生矛盾了吗？你能对第二条规律加以修正吗？
生：第二条不能包括垂直入射的情况，可以把进入改为斜射入。
师：非常好，这个经验告诉我们，在科学探究时，对实验过程及结论的评估是极为重要的。
师：在光的反射现象中我们也观察到了这样的现象，称之为光路的可逆性。大量实验表明，折射现象中，光路是可逆的。
教学赏析：分析数据，形成结论，这是每一个科学探究所要得到的结果。如何引导学生进行数据分析就很关键，本节课老师采取了以下手段：
1.小组发表意见，引导学生进行交流对比，找出产生不同意见的原因。
2.引导学生类比光的反射定律总结规律：（1）折射光线和入射光线分居法线两侧。（2）光从空气进入玻璃时，折射光线偏向法线，折射角小于入射角。光从玻璃进入空气时，折射光线偏离法线，折射角大于入射角。
3.继续引导学生对组内的现象进行现象分析，发表观点，得到：
（1）入射角增大，折射角也增大。（2）推理，得到结论并验证：光从空气垂直入射到玻璃中，传播方向不变。
4.引导学生评估结论，对第二条规律进行了修改，由特殊现象猜想普遍现象：光路是可逆的。并告知其普遍性。
5.评估实验方案中的不足之处，指出光从空气进入水中及其他介质中也遵循相同的折射规律。如果同学们对其他情况感兴趣，可以找到老师，课后继续研究。
教学片断五：三线共面
师：三线共面，我们刚才的实验得到了这条规律吗？
生：没有。
师：也就是说，这是你的猜想对吗？很好，科学需要大胆的猜想！谢谢你出色的表现，请先回座位。下面我们就来探究这个大胆的猜想。
师：为了便于理解，老师制作了一个折射模型。这是入射光线，这是折射光线，这是法线，上方为空气，下方为水。按照同学们的猜想，先将它们放在同一平面内，取下上半部分法线，从法线的正上方看下去，可以发现：此时法线为一个点，折射光线与入射光线和该点连接成一条线，这条线有什么特点呢？
生：……
师：现在你认为判断三线是否共面可以从哪个方向观察？观察什么？
生：从正上方观察折射光线与入射光线是否连成一条直线。
师：很好，可是从正上方观察并不方便，我们在水槽上方放置一个与水平面成45度角的平面镜！根据光的反射定律，竖直向上的光就会沿水平方向射出。为了更好观察，老师在正前方安装一个摄像头，你也可以通过屏幕观察现象。
生：折射光线与入射光线、法线在同一平面内。
教学赏析：折射规律中的三线共面是一个难点，虽然课程标准中没有详细的要求，但教学实际中一定会遇到这类问题。老师通过游戏体验，帮助学生建立模型，让学生形成研究物理无问题时要首先建立物理模型，模型建立了，但三线共面的问题没有解决，老师又通过实验与光的反射进行对比实验，寻找证明三线共面的办法。这样做可以寓教于乐，消除学习疲劳；通过建立模型，应用数学方法解决物理问题，感受学科交叉与渗透的意义。
教学环节与过程的设计，你是为教师，还是为学生，这是一个前提。教学过程的实施，是体现一个教师基本素养的过程，要根据学生的认知特点优化教学。优化教学的途径有很多，如学习兴趣、实践意识、分析习惯、科学态度、方法能力，每节课要因地适宜的选取优化的途径。
（作者单位：江西省教育厅教研室；江西省南昌市三中）
□责任编辑：程 璐
E-mail：[email protected]
教学片段一
（导入新课）
师：同学们，屏幕上有一正一倒放置的两张照片，你能找出正放的那张吗？有请！
生：第一张。
师：正确，你的依据是？
生：水面的倒影会暗一些。
师：完全正确，请坐！更暗，说明进入眼睛的光较弱，而倒影是光的反射形成的，莫非有一部分光没有反射回来？我们用实验来检验一下，如图1所示，为了显示光路，老师制作了一个烟雾喷射器，请仔细比较两条光线的亮度。你观察到较弱光线是？
生：（观察后）反射光线。
师：这说明我们的推断是正确的，还有一部分光到哪里去了呢？
生：进入了水中。
师：有道理。光从空气进入水中，会沿着空气中的方向继续传播吗？仔细观察（揭开挡板），你的观察结果是？
生：不会。
（方向发生了改变。）。
师：光从空气进入水中，传播方向发生了改变，光进入其他介质时，传播方向是否也会发生改变呢？物理学中，光从一种介质进入另一种介质时传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。
教学赏析：引入新课，从生活中的美图开始。创设情境，从图中找出本节课的关键词。光的反射与折射，通过观察水面，发现光线的强弱，从而提出光线在水中是如何传播的，这样做的目的是让学生通过观察自主发现新问题，激发学习兴趣。
教学片段二：建立光路图
师：类似光的反射，我们可以根据折射现象，画出光路图。（板书：画图）画一条水平线代表介质分界面，上方是空气，下方为水。空气中射向水面的光线AO叫作？
生：入射光线。
师：过入射点作介质分界面的垂线NN′称作？
生：法线。
师：进入水中的光线OC可以怎么称呼呢？
生：折射光线。
师：显然，折射光线发生了偏折，如果折射光线往法线方向偏折，叫做偏向法线；反之称作偏离法线。另外，入射光线与法线的夹角叫做入射角α，折射光线与法线的夹角就称作折射角γ。
教学赏析：运用教学迁移的方法，将探究光的反射方法迁移至探究光的折射规律，教学过程中采用了一个自制的实验器材，如图1所示。教学中，将纸板揭开演示光从空气进入水中的传播情况，可以观察到光线射入水后方向发生了改变，通过分析投影中光从空气斜射入水中的偏折现象到观察普遍存在的偏折现象，建立起折射的概念。这一教学过程的实施渗透了严谨的科学探究思想。教学过程中介绍折射光线和折射角，为学生自主探究光的折射提供基础。
教学片段三：制订计划
师：光折射时线与线之间，角与角之间究竟有怎样的规律呢？这就需要我们通过实验去探究！考虑到规律的普遍性，我们必须不断改变实验条件反复实验，这需要很长的时间，如何在短时间获得大量的实验数据呢？
生：分工合作！
师：很好，今天我们就分工合作，一起探究光在空气和玻璃间的折射规律。你认为影响折射角的主要因素是什么？
生：入射角。
师：入射角是入射光线与法线的夹角，如果绕入射光线入射点顺时针旋转，则入射角如何变化？
师：今天同学分为四组，分别去观察对应区域内不同入射角下的折射现象并加以记录，完成实验后，组长汇报本组实验数据，再一起分析数据得出实验规律。实验器材有实验记录单，玻璃砖，激光笔，带底座的小圆筒，记号笔，以及刻度尺。为了更好地完成实验，请同学们先观看一段视频。
生：观看视频。
教学赏析：通过观看视频，制定科学探究的方案，这是因为探究的根基在于制订计划，探究之前要求学生做到：
1.确定研究主题及任务分工。考虑到规律的普遍性需要大量实验数据，从而提出大家分工合作，共同完成实验，再共享数据，一起分析交流。
（1）确定研究对象：研究光在空气和玻璃间的折射；（2）寻找实验变量：影响光在空气和玻璃间的折射的因素；（3）明确任务分工：四大组分别去观察对应区域内，在不同入射角下的折射现象并加以记录；（4）明确交流方案：完成实验后，组长收集组内数据和大家分享，再综合分析后总结出较为普遍的实验规律。
2.介绍实验器材及其使用
实验器材：第一组：玻璃砖，激光笔1支，实验表格1张，刻度尺1把，记号笔1支。
学生实验，教师适当提供帮助，引导学生进行交流。
利用视频介绍具体的操作方法。
3.学生实验：指导学生实验
在以上的铺垫之后，加上学生已经经历过探究光的反射定律及平面镜成像的过程，对光的反射规律有较为全面的理解，从而迁移到探究光的折射规律上来，这样做既可以提高学生的自主探究能力，也可以增强科学探究意识。
教学片断四：分析论证
师：感谢大家的分享，各组观察到的现象各不相同，接下来进入探究的关键环节：分析与论证。各组实验条件各有两个，面对多变量问题，我们采取什么方法进行研究？ 生：控制变量。
师：得到的结论是？
生：折射光线的位置和入射光线的位置相反。
师：能否迁移光的反射定律中关于三线位置关系的描述呢？
生：折射光线和入射光线分居法线两侧。
师：第一条规律：折射光线和入射光线分居法线两侧。如果入射光线在法线上方，折射光线在哪里？
生：法线的下方。
师：继续分析，可以发现折射光线的偏折情况及两角的大小关系总是同步变化的，因而可以合并研究。分析你可以得出什么结论。
生：光从空气进入玻璃时，折射光线偏向法线，折射角小于入射角。
生：光从玻璃进入空气时，折射光线偏离法线，折射角大于入射角。
师：老师假设入射角减小到零度，即沿着法线垂直射向玻璃或者空气，折射光线还会偏折吗？
生：不发生偏折。
师：非常棒的推理，但是再完美的推理也必须经得起实验的检验。现在请以最快的速度，用激光笔沿着法线入射，看是否观察到一条直线。比比看哪组最快，开始实验！
师：光垂直射入玻璃（或空气）中传播方向不变。这不就和第二条规律产生矛盾了吗？你能对第二条规律加以修正吗？
生：第二条不能包括垂直入射的情况，可以把进入改为斜射入。
师：非常好，这个经验告诉我们，在科学探究时，对实验过程及结论的评估是极为重要的。
师：在光的反射现象中我们也观察到了这样的现象，称之为光路的可逆性。大量实验表明，折射现象中，光路是可逆的。
教学赏析：分析数据，形成结论，这是每一个科学探究所要得到的结果。如何引导学生进行数据分析就很关键，本节课老师采取了以下手段：
1.小组发表意见，引导学生进行交流对比，找出产生不同意见的原因。
2.引导学生类比光的反射定律总结规律：（1）折射光线和入射光线分居法线两侧。（2）光从空气进入玻璃时，折射光线偏向法线，折射角小于入射角。光从玻璃进入空气时，折射光线偏离法线，折射角大于入射角。
3.继续引导学生对组内的现象进行现象分析，发表观点，得到：
（1）入射角增大，折射角也增大。（2）推理，得到结论并验证：光从空气垂直入射到玻璃中，传播方向不变。
4.引导学生评估结论，对第二条规律进行了修改，由特殊现象猜想普遍现象：光路是可逆的。并告知其普遍性。
5.评估实验方案中的不足之处，指出光从空气进入水中及其他介质中也遵循相同的折射规律。如果同学们对其他情况感兴趣，可以找到老师，课后继续研究。
教学片断五：三线共面
师：三线共面，我们刚才的实验得到了这条规律吗？
生：没有。
师：也就是说，这是你的猜想对吗？很好，科学需要大胆的猜想！谢谢你出色的表现，请先回座位。下面我们就来探究这个大胆的猜想。
师：为了便于理解，老师制作了一个折射模型。这是入射光线，这是折射光线，这是法线，上方为空气，下方为水。按照同学们的猜想，先将它们放在同一平面内，取下上半部分法线，从法线的正上方看下去，可以发现：此时法线为一个点，折射光线与入射光线和该点连接成一条线，这条线有什么特点呢？
生：……
师：现在你认为判断三线是否共面可以从哪个方向观察？观察什么？
生：从正上方观察折射光线与入射光线是否连成一条直线。
师：很好，可是从正上方观察并不方便，我们在水槽上方放置一个与水平面成45度角的平面镜！根据光的反射定律，竖直向上的光就会沿水平方向射出。为了更好观察，老师在正前方安装一个摄像头，你也可以通过屏幕观察现象。
生：折射光线与入射光线、法线在同一平面内。
教学赏析：折射规律中的三线共面是一个难点，虽然课程标准中没有详细的要求，但教学实际中一定会遇到这类问题。老师通过游戏体验，帮助学生建立模型，让学生形成研究物理无问题时要首先建立物理模型，模型建立了，但三线共面的问题没有解决，老师又通过实验与光的反射进行对比实验，寻找证明三线共面的办法。这样做可以寓教于乐，消除学习疲劳；通过建立模型，应用数学方法解决物理问题，感受学科交叉与渗透的意义。
教学环节与过程的设计，你是为教师，还是为学生，这是一个前提。教学过程的实施，是体现一个教师基本素养的过程，要根据学生的认知特点优化教学。优化教学的途径有很多，如学习兴趣、实践意识、分析习惯、科学态度、方法能力，每节课要因地适宜的选取优化的途径。
（作者单位：江西省教育厅教研室；江西省南昌市三中）
□责任编辑：程 璐
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