《光的折射定律》教学设计与创新研究

张岩

一、主要教学设计

1.设计思想：（1）通过空气与水界面的折射实验，培养学生观察能力，发现问题、提出问题的能力。（2）通过对光线、角度的研究，培养学生分析解决问题的能力，创新方法的能力。

2、教学流程：“叉鱼”实验——观察光路——分析角度——创新方法——反思“叉鱼”

3.教学重点：（1）知识与技能：折射定律；应用折射定律解释生活现象。（2）过程与方法：数据采集、处理、分析的过程；创新实验方法的能力。（3）情感、态度与价值观：面对科学研究的踏实、稳重、细致、求实、创新的态度。

二、特色教学过程

1.“叉鱼”实验

实验仪器：烧杯（带刻度、盛水）、橡皮泥、塑料管、油笔芯。在烧杯中盛适量的清水，用橡皮泥搓成个小球（作为“鱼”），放在杯底边缘；把塑料管斜靠在烧杯的边缘，并置于橡皮泥的正对面，塑料管下端不要插入水中；通过塑料管上端寻找橡皮泥，能看到橡皮泥时，说明橡皮泥的虚像在塑料管的轴线上；拿稳塑料管，把油笔芯从塑料管上端放下去，观察油笔芯尖插入水中后落在烧杯对面内壁上的位置。

该实验方法的优点：（1）可操作性强。（2）可观察性强。（3）引导性强。通过该实验，学生在实验前的预想和实验后的结果会造成思想反差，思想反差是最能引起学习兴趣的动力，促使学生产生继续学习的欲望。

2.观察光路

实验仪器：坐标纸、半圆形玻璃砖、激光笔（两只）、铅笔、刻度尺。把半圆形玻璃砖放在坐标纸上，平直界面压着坐标纸的一条粗坐标线，作为界面。在平直界面中央垂直于界面做一垂线（法线）。用激光笔发出的红色光线，在空气和玻璃的平直界面上进行折射实验。引导学生观察以下五点：（1）入射光线垂直界面入射，光路不偏折。（2）入射光线倾斜入射，激光笔向纸外离开纸面，观察光线。（3）入射光线倾斜入射，光路偏折。（4）转动入射光线，折射光线随之转动。（5）用两个激光笔从平直界面和圆弧界面同时发射入射光线，交替开关电源。

该实验方法的优点：（1）这些操作可以增强学生的直观感性认识，必定直观感性认识是理性理解的基础。（2）这些过程可以在初、高中知识衔接上，有助于学生对新知识的学习和理解。（3）培养学生踏实、稳重、细致、求实的科学作风和科学素养。

3.分析角度

實验仪器：铅笔、刻度尺、量角器、Office Excel软件。指导学生采集数据，应用Office Excel软件的图表功能，对折射角、入射角的关系进行探究。

该过程的作用：从一面上说，相当一部分高中学生的数学思维能力是有限的，从采集的两组入射角、折射角的角度数据，直接去猜想两角的关系（包括两角的三角函数关系），是有盲目性的。从另一面上说，我们要培养的是有创新能力的学生，他们的眼睛应该是往前看的。笔者对“分析角度”这个过程，采取了圈定范围的猜想。给学生圈定了角度关系、正弦关系、余弦关系、正切关系，指导学生应用Office Excel软件的图表功能，通过观察图线形状猜想两角关系。并给学生讲科学家的猜想，对于这个环节，笔者的主要设计目的是为后面创新方法环节做个铺垫。

4.创新方法

实验仪器：保留光线的坐标纸、圆规。启发学生，用留在坐标纸上的两组入射、折射光线，通过一个圆规，探究折射定律。用圆规以入射点为圆心，画一个半径适中的圆，两组光线与圆的交点到法线的距离，构成两组长度数据，通过坐标纸的刻度，即可读出这两组长度数据。对这两组长度数据的意义和关系进行分析。

该过程的优点：（1）思维的出发点是规律的本质。让学生直接观察两组光线的空间规律，有助于培养学生的观察能力、应用数学知识解决物理问题的能力和对规律本质的理解。（2）方法简洁，直观，体现数学应用能力。（3）得到两组长度数据的正比关系，在学生心理上，比两组角度正弦数据的正比关系可信度更高。

5.反思“叉鱼”

实验仪器：烧杯（带刻度、盛水）、橡皮泥、激光笔。提出问题：如果用激光当做鱼叉去叉鱼，应该如何瞄准？学生讨论，试验操作。

该环节的作用：（1）教学过程的落脚点回到开始的出发点。让学生对生活现象中反映的物理规律更深入的理解。（2）培养学生灵活应用本节课所学知识解决实际问题的能力。（3）缓解课堂疲劳。

三、教学效果与反思

1.成功：（1）“叉鱼”实验环节的效果很好，与预想一致，学生兴趣浓厚，很快产生学习欲望。（2）观察光路环节的作用显著，学生对折射现象的感性认识坚实，有助于后续理论学习。（3）创新方法环节的启发性显著，学生得到长度正比关系后很喜悦，部分学生有豁然开朗的感觉。（4）反思“叉鱼”环节具有检测性，有助于检测学生是否真正理解折射定律，教师及时发现反馈。

2.缺点与问题：（1）分析角度环节，测量角度、输入数据、拟合图线的过程较为繁琐、耗时，笔者仍在考虑这个环节如何既能体现猜想的过程，又能精简。（2）创新方法环节，由于用两组“长度”数据代替了两组“角度正弦”数据，以及学生画圆的不准确性，造成拟合后的图线斜率、截距的误差变大。