实验探究培养物理科学思维核心素养*——自制教具建构法线 验证光的反射定律

张 晶

(大连市第二十一中学 辽宁 大连 116021)

韩宏颖

(大连市第四十四中学 辽宁 大连 116013)

李 丽

(大连市第二十一中学 辽宁 大连 116021)

*人民教育出版社课程教材研究所“十三五”课题“基于核心素养发展的初中物理知识建构策略研究”阶段性成果,课题编号：KC2016-051

实验探究培养物理科学思维核心素养*
——自制教具建构法线 验证光的反射定律

张 晶

(大连市第二十一中学 辽宁 大连 116021)

韩宏颖

(大连市第四十四中学 辽宁 大连 116013)

李 丽

(大连市第二十一中学 辽宁 大连 116021)

科学思维是核心素养的主要组成部分．以往反射定律的证明和法线概念的建构过程过于粗略，忽略了逻辑推理的过程和科学思维能力的培养．本文结合自制教具给出证明反射定律和建构法线概念的过程．

核心素养 反射定律 法线概念建构 自制教具

1 问题背景

光的反射是相互作用主题下的重要组成内容，也是继光的直线传播后对于光的传播路径的进一步学习，同时也为后续学习和综合运用平面镜成像奠定了知识基础．反射定律无疑是本课的核心内容．而在证明反射定律的实验探究过程中，传统的讲法有以下不足：第一，只是在单一平面范围内改变入射光线的入射角去探究，实验结论缺乏普遍性；第二，对于法线的建构或作用基本不涉及，直接给出法线概念．不利于学生科学素养的形成；第三，对于反射角和入射角的概念直接给出，学生不理解也易错．以上做法不利于学生科学精神的培养．

图1 中国学生发展核心素养

中国学生发展核心素养(图1)于2016年9月18日正式公布．所谓“学生发展核心素养”，主要是指学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力．核心素养是关于学生知识、技能、情感、态度、价值观等多方面的综合表现；核心素养包括人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新6大素养18个基本要点．

科学思维是科学精神素养的主要组成部分，主要指中学物理中重要的思维方法，从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质．

2 自制教具介绍

图2 自制教具的器材

器材组成(图2)：支架(附可伸缩中轴)，半圆面(2个，可绕支架轴旋转)，反射面，激光笔(附磁铁).

器材安装：将半圆板和反射面依次插在支架主轴上，在支架圆环上用磁铁吸附激光笔，如图3所示.

图3 器材安装

3 自制教具建构法线 验证光的反射定律

探究光的反射规律，实验目的是确定反射光线的位置.

首先，初步确定反射光线位置．用激光笔在空间中向镜面发出入射光线，去找反射光线．由几何知识，空间相交的两条直线能够确定一个平面，利用一个平面去承接反、入射光线，能够承接两光线．多次更换入射光线射向平面镜的方向，均能利用平面找到入、反射光线．由以上操作，得出结论：光的反射现象中，反射光线、入射光线共面(下文称为平面A)，并且观察、测量发现此平面与反射面垂直，如图4所示.

图4 反射光线和入射光线共面

其次，确定反、入射光线所在的平面A．由于反射光线的位置还未知，仅根据一条入射光线不能确定该平面．在已知反、入射光线所共平面A与镜面垂直的情况下，在入射点做一条与镜面垂直的线(即法线)和入射光线就可以唯一确定该平面A．得出反、入射光线和法线共面且异侧，如图5所示.

图5 反、入射光线分居法线两侧

再次，在平面A上唯一确定反射光线的位置．在平面A上只有反、入射光线和法线，多次改变入射光线的角度后，学生能观察、测量得出，反、入射光线到法线的夹角相等．即命名反、入射光线到法线的夹角为反、入射角．顺利得出反射角等于入射角，如图6所示.

图6 观察和测量得出反射角等于入射角

4 反思

以上逻辑分析寻找反射光线位置的过程，不仅证明了光的反射定律，也很好地建构了法线，让学生认识到了法线的意义是唯一确定反、入射光线所在的平面与镜面垂直．同时使学生理解了反、入射角是如何定义的．

学生科学思维能力是核心素养的重要组成部分，物理逻辑思维能力的提高不仅有利于概念的进阶学习，也是进行实验探究设计实验的等一系列探究活动的必备关键能力，同时在探究活动的进行过程中，使学生具有在科学方面的学习动机和兴趣，有学习科学的积极态度，能意识到科学对技术进步和社会发展的影响．

科学思维重视学生学习科学思想与方法，提升科学探究能力、分析解决问题的能力，深刻影响着物理学科的核心素养．

2017-02-12)