核心素养下的高中物理课堂教学

■福建省福州第一中学 林清源

一、教学过程及所承载的学科教育功能

1.从“偏振”的字面含义入手，并与生活中父母的“偏爱”类比，引导学生得出只有横波才有偏振的结论。通过横波和纵波经过狭缝的传播情况的实验，让学生形象理解“偏振”这个抽象的概念。

教师：什么是偏振呢？“偏振”字面上的含义即对某一方向的振动情有独钟，故机械波要发生偏振，应该具备好几个可能振动的方向，如果倾向于某一方向的振动，就说这波具有偏振。波横和纵波谁具有偏振特性呢？纵波的振动方向与传播方向共线，振动方向只有一个，不具备偏振特性；横波振动方向与传播方向垂直，有好多个可能振动的方向，自然具备偏振的特性。

怎么检测横波具有偏振特性呢？笔者通过如下实验演示横波和纵波的区别。

通过实验发现：不论狭缝方向如何，纵波都可以畅通无阻地通过狭缝传播过去，而只有当狭缝方向和振动方向平行时，横波才能畅通无阻地通过。故纵波没有偏振特性，而横波具有偏振特性。

进而抛出鲁科版3-4对偏振的定义如下：如果一列波的振动方向只沿着某特定方向，物理学上就称这列波具有偏振特性。

2.引导学生利用偏振片通过实验判定光是横波还是纵波，并通过真实的学生随堂实验现象引发学生认知冲突，吸引学生学习兴趣，进而引发学生进行理论研究化解冲突，达到加深学生对知识的理解和培养他们科学思维的目的。

随堂的学生实验（1）：自然光过单个偏振片，并将偏振片旋转360度，观察透射光强度的变化。

现象：透射光强度几乎没发生明显的改变。

结论：光难道是一种纵波？

随堂的学生实验（2）：自然光连续经过两个偏振片，其中一个偏振片不动，另一个偏振片旋转360度，观察自然光连续经过两个偏振片的透射光强度的变化。

现象：透射光强度明显改变，时而最强，时而最暗。

结论：光不是纵波，而是横波。

光如果是横波，那随堂实验（1）的现象如何解释呢？原来日常生活中常见的电灯、蜡烛、太阳等普通光源发出的光波不显示偏振特性，因为这些常见的普通光源都是由大量原子组成的，这些原子、分子发光的总和就是这些普通光源发出的光。某一分子或原子在某一时刻发出的一列光波是沿着某一特定方向振动，但由于分子或原子是间歇性发光的，在下一时刻发出的另一列光波可能就不是沿着上一个时刻的振动方向振动了，所以单个分子或原子发出的光波的振动方向时刻发生改变。

3.引导学生从自然光中获得不具备偏振性的偏振光的两种方法：（1）偏振片法。起偏器：用于获得偏振光的偏振片。检偏器：用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片（放在起偏器后面）。偏振器的偏振化方向：偏振光能完全通过的方向。（2）以特殊的入射角入射。如图所示，当反射光线与折射光线垂直，即入射角时，反射光为垂直于入射平面振动的线偏振光，而折射光为部分偏振光，i0称为起偏角或布儒斯特角。

4.回归到光的偏振在生活中的应用，利用偏振片减弱反射光、观看立体电影等，让学生觉得物理有用，激发学生学习物理的兴趣。

（1）照相机镜头前装一片偏振滤光片可减弱反射光，使相片更清晰。例如利用摄像机拍摄水中景物时，水面外的景物发出的光经水面反射有很强的反射光进入镜头，使得拍摄出的照片模糊不清。这时候我们可以在摄像机镜头上加装一个偏振片，旋转偏振片至适当角度使偏振片的透振方向与反射光的偏振方向垂直，这样就可以有效地滤掉这些反射光，从而使拍摄出的水中景物清晰可见。

（2）观看立体电影。拍摄立体电影时，可以使用两架摄影机，如同人的两只眼睛，它们同时从不同角度分别拍摄同一场景的两部电影，放映时两部电影同时放映在银幕上，设法让观看者的一只眼睛只能看到其中一部电影，另一只眼睛只能看到另一部电影，这样就可以使观看者获得立体感，从而达到观看立体电影的效果。怎么设法让观看者的一只眼睛只看到其中一部电影呢？放映时，可以在两个放映机镜头前各放一个偏振片，且这两个偏振片的起偏方向相互垂直。观看时，观众戴上偏振镜片，左眼偏振镜片的透振方向与左放映机偏振片的起偏方向一致，右眼偏振镜片的透振方向与右放映机偏振片的起偏方向一致，这样观众的两只眼睛各看到一部不同角度拍摄到的电影，在观众的脑海中就形成立体画面了。

二、本节课有关高中物理核心素养的总结与思考

物理是一门基于实验的自然科学，笔者认为，通过真实的物理实验，引发学生认知冲突可以极好地吸引学生学习兴趣，进而引发学生进行理论研究化解冲突，达到加深学生对知识的理解和培养他们科学思维的目的。为此教师应精心准备演示实验、学生实验或随堂实验，用心设计问题串，引导学生思考解决问题，加强对学生物理科学思维的训练。笔者介绍完偏振片概念后，引导学生利用偏振片通过实验进行判定，并开展学生随堂实验（1），让学生在真实的情境中得出光波可能是纵波，紧接着进行学生随堂实验（2），引发学生认知冲突：如果光波是纵波，不可能有随堂实验（2）的现象。进而得出结论：光波是横波。光波既然是横波，那随堂实验（1）的现象又该如何解释呢？通过阅读书本，学生知道原来自然光不具偏振性，自然会有随堂实验（1）的现象的出现。

新一轮课改“核心素养”是对前一轮课改“三维目标”的继承和延伸，两轮课改有很多理念仍旧是一致的，例如两轮课改都秉承着“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。正是基于这一理念，笔者本节课最后回归到光偏振在生活中的应用，利用偏振片减弱反射光、观看立体电影等，让学生觉得物理有用，激发学生学习物理的兴趣，希望能对今后的物理教学提供一定的参考价值。