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《光的传播》探究型教学设计和反思上海市香山中学物理学科李智一、本案目的：本案通过引导学生对光的直线传播进行逐层深入的探究，启发学生进行对未知的猜想和对已知的质疑，调动学生参与探究的主动性和积极性，使学生在知识和方法两个方面得到提高。二、教学案例：采用卡通片《海底总动员》中多彩的海底景色和黑暗的海底世界做对比引入“光”的主题。教师直接对光源定义，通过学生对光源举例来进一步认识，以小圆镜为例分辨发光体和反光体，并据此讨论月亮是否光源。小学《自然常识》中，学生已接触过一些简单的光现象(光沿直线传播及小孔成像)，而实际上学生对此规律的认识仍是不完整的。单就本节内容的知识的传授效率而言，讲授法有一定的优势，但现代物理课程教育改革的发展方向是坚持以学生发展为本，注重全面提高学生的基本科学素养，所以在此为了强调学生对探究过程的体验，引导学生使用“课题——质疑——探究并得出初步结论——进一步探究得出结论”逐层深入的探究法。探究过程分为四步：第一步，根据学生的认识基础,由教师引导学生根据大量光线传播的照片和生活体验（例：只闻其声，不见其人）提出：“光沿直线传播”；第二步，提出“光一定沿着直线传播吗？”的问题，引导并鼓励学生对此大胆质疑。在学生激烈争论时提出“为了使自己的结论更有说服力，应该先考虑怎样把光的传播路径显示出来”，请学生思考并上台利用提供的器材（激光笔、烧杯、卫生香、火柴、水、热水和喷雾器）展示自己的方案。学生上台利用倒扣的烧杯采集卫生香产生的烟雾、热水上方的雾层、喷雾器喷出的喷雾来显示激光笔光的传播路径，一个同学还跳出了器材限制，使用黑板擦拍出的粉尘以显示光的传播路径；第三步，学生分四人一组设计并进行实验，观察光在经过两种介质时的传播路径。提供的器材有激光笔、烧杯、卫生香、火柴、水和热水，首先由学生分组讨论并展示“显示光在两种介质中传播路径”的设计方案：利用倒扣的烧杯采集卫生香产生的烟雾并使之在水面上方形成较稳定的雾层、直接利用热水及其上方的雾层等，然后各组自行选用方案观察光通过空气和水两种介质时的传播路径。并对直射和斜射两种情况下结论不一致进行讨论，归纳得出进一步的结论“光在同种介质中沿直线传播”。第四步，进一步质疑“光在同种介质中一定沿直线传播吗？”，由老师演示通过酒精灯上方热气流的光线发生抖动的现象，见图1所示：酒精灯未被点燃时，由固定在铁架台上的激光笔射出的光线射在墙壁上形成一个清晰稳定的光斑。点燃酒精灯后，光斑发生明显的晃动，请同学针对此现象做讨论并提出解释。大多同学都能指出由于酒精灯的加热使上方的空气分布发生变化，导致光线经过此区域发生偏折。然后经过利用多媒体课件对此实验进行动态模拟演示，得出最终结论“光在同种均匀介质中沿直线传播”。以演示实验配合多媒体动画课件来说明问题，既强调了实验的客观性又能对现象做直观的分析，再联系生活中经常可见的透过火焰上方的热气流观察远方的景象时景象晃动的图1现象，使学生的接受更加容易，印象更加深刻。至此，“光在同种均匀介质中传播的路线是直线”这一规律的认识完整了。借光的传播规律的探究作为载体，使学生初步接触体验到对物理规律的探究，让学生主动地参与实践，体验和感悟科学探究的过程和方法，激发他们持久的学习兴趣和探究意识，并在探究过程中培养学生了的科学能力。学习物理学的目的在于应用，以平时列队时看齐和隧道掘进机的光导航来为例介绍光的直线传播规律的应用，促进学生联系生活实际和关注社会热点的敏感度和能力；以课件动态演示地球日夜的变化和物体影子的形成，请同学从光的直线传播角度对此分析，增强学生利用规律来解释现象的能力；请同学们回顾对小孔成像现象的介绍及记载，培养学生的民族自豪感和爱国主义精神；为同学们做简单指导，请同学们在课后动手制作一个小孔成像器材，培养学生的动手能力。以儿童画的太阳光芒为例引入儿童对光的描述，降低抽象模型的知识台阶。然后以课堂前面对光路径的描述作为铺垫，磁感线模型作为模型基础，利用课件动态演示对太阳发光的描述，教师引出对光线的定义，并强调光线是一种物理模型。然后请同学利用光线来描述通过一种均匀介质的光作为练习。由于速度的明确定义和形式还没有出现，根据学生的知识基础，以动画课件的形式，以月球到地球的距离做参照，演示在相同时间内光在真空、空气、玻璃三种介质中的传播距离（直观、信息量大、效率高），比较光在不同介质中传播的快慢，给出真空中的光速值。三、反思：1、为了使学生熟悉一个较完整的探究过程，开始设计时，以光的传播路径作为课题，意图引导学生沿着“（提出课题：光的传播路径）——（提出猜想：光沿直线传播）——（验证：光沿直线传播）——（质疑并探究得到初步结论：光在同种介质中沿直线传播）——（进一步质疑并探究得出结论：光在同种均匀介质中沿直线传播）”的步骤进行探究。在教学过程中发现，同学对“光沿直线传播”已经存在“深刻认识”，使探究过程的前几部分缺乏新鲜感和挑战性，导致主动探究的热情减弱甚至注意力分散，接下来的探究便很难及时调动起积极的学习情绪。所以将课题改为“光沿直线传播”，并直接引导学生对此质疑。使学生的兴趣刚刚由于“这个我已经知道”开始降低就被疑问“这个还有问题吗？”调动起来，主动积极地参与探究；2、使用不均匀盐水来演示光在不均匀介质中的传播路径可以较清晰地显示路径，但存在几个问题：由于不均匀盐水不能在课堂当场调配，导致实验的可信度不足；实验现象不明显；实验与生活联系不够。选用通过火焰上方的光线的实验，虽然不能直接演示出光的路径，但学生通过对现象的分析可以很容易地判断出光在传播过程中发生了偏折，而且与生活联系紧密，从而更容易接受。