核心素养视域下初中物理实验探究教学案例——以“光的直线传播”为例

卢 飞

(江苏省连云港市大岭中学,江苏 连云港 222141)

1.1 结合实际创设情境

初中物理新课程要求物理教学要联系学生的生活和学习实际,创设物理学习情境,培养学生的探究能力,培养学生的物理核心素养.现以初中物理的《光的直线传播》为例,探讨物理教学中学科素养的培养[1].

以下是课堂教学实录:

师:同学们,请欣赏(播放视频——多彩的光),学生观看、思考.师:同学们,这些视频中的风景很漂亮,说说有哪些漂亮的风景呢?生答(略).师:同学们说的很好,有雨后的彩虹七彩斑斓,秋天的风景绚丽多彩,城市的夜景灯火璀璨……这些都与什么有关呢?生:与光有关.师:光让我们的世界丰富多彩,光给我们带来了光明与视觉,光是哪些物体发出的呢?我们一起探究光的足迹,开启光学之旅!教师出示一组图片:太阳、萤火虫、灯笼鱼、点燃的蜡烛、发光的灯泡等等.师:同学们看看这些物体有什么共同的特点?生(举手):能够发光.师(板书)光源:能够发光的物体叫做光源.师:同学们阅读课本69页第一二段,哪些物体是光源?可以分为几类?并说明原因(时间2分钟).生答(略).

1.2 核心素养落实体现

在该教学片段中,首先让学生欣赏熟悉的生活场景,美丽的自然风光给人以美的享受,漂亮的夜景让城市更有魅力,进而引领学生热爱生活,保护生态,人与自然和谐相处,激发学生的兴趣,直接切入主题,引导学生“探究光的足迹”,从而认识光源,光源的分类,进一步辨析月亮等反射光的物体不属于光源.利用学生比较熟悉的生活环境作为素材引入课题,使学生感觉到学习物理并不困难,把学生的学习活动引向深入,自然顺利地完成学习内容,学生思维能力得到提升,核心素养得以真正落地.

2.1 在实验设计中创设情境,在创新实验中得出规律

把学生分成小组,教师为每个小组提前准备好器材:半烧杯的水(加少许牛奶)、橘黄色的果冻、小玻璃砖、小喷雾器、手电筒、激光笔等.师:请同学们猜一猜,光在空气、水及果冻这些透明的介质中怎样传播[2]?生(1,2,3):可能沿直线,可能沿曲线,也有可能沿折线等.师:大家的猜想是否正确,我们应该用实验来验证.师(实验前交代安全注意事项):6分钟完成实验后各组推荐同学汇报,并上台展示.教师来回巡视并适当提供指导和点拨.师:时间到,各组推荐代表展示.同学们纷纷举手回答并上台展示,如图1所示分别是光在空气中、水中及果冻中沿直线传播的展示图片.

图1 光在不同物质中的传播

师:同学们刚才的展示效果很好,下面请观察这个演示实验,如图2所示,这是我自制的玻璃箱水槽(长40 cm、宽15 cm、高30 cm),装入适量的水,用绿色的激光笔从上方射向水中,用喷雾器喷出水雾来显示光在空气中的传播路径,当光从上方的空气射向水中时,在界面处发生了什么?生答:光路不是直线.

师:由此证明了什么?生答:光单独在空气中或者单独在水中沿直线传播.师:观察很仔细.请同学们继续观看下面的演示实验,光真的是沿直线传播的吗?

如图3所示,在支架上固定好小型的水槽,先用4个相同的大烧杯盛好一样多且温度相同的温开水,4个烧杯中按4∶3∶2∶1的比例加入一定量的白砂糖,用玻璃棒搅拌均匀,这样配制出不同浓度的糖水,按浓度从大到小的顺序分别倒入水槽中,水槽内的糖水是不均匀的,这时用激光笔射向不均匀的糖水中.

师:请同学们观察光在糖水中的传播路径,能看到什么现象?生:光在不均匀的糖水中发生了弯曲.

师:请一位同学上台用玻璃棒搅匀糖水,再用激光束斜射入同种均匀的糖水中,师:又发生了什么现象?生:在均匀糖水中光是沿直线传播的.

师:对比两次演示实验,能得出光沿直线传播的条件吗?请说一说,生:光在同种均匀介质中沿直线传播.

图2 光的传播路径 图3 不同浓度糖水的传播路径

2.2 核心素养落实体现

该教学片段,教师把学生分成小组,并准备好实验器材.首先让学生从生活实际中举出光沿直线传播的一些实例,然后进行猜想光的传播路径,通过自己寻找实验器材,小组合作完成实验,从而验证光沿直线传播是需要一定条件的.在通过实验探究得出结论的过程中,培养学生团结合作的能力.教师自制实验器材,学生观察对比两次演示实验后,能够通过实验现象得出规律[3].用这样的探究方式来组织学生学习,由浅入深,层层递进,按照“光如何传播”的逻辑拆分为:(1)探寻光在同种介质中的传播路径;(2)探寻光在不同介质界面的传播路径;(3)探寻光在不均匀介质内部的传播路径.这样做把单调的传授知识转化为通过实验探究获取知识,实现了从感性认识向理性认识的飞跃,培养学生归纳概括的能力,有效提升了学生核心素养的落实.

师:既然光沿直线传播,那么如何画出它的路径及其方向?如何描述呢?想一想怎么画?哪位同学上来画出来?一位学生走上讲台,在白板上沿着光的传播径迹画了出来,如图4所示,师:同学们掌声在哪里?师:光是真实存在的吗?生:是.师:光线是吗?生:不是,是我们画出的.师生总结:我们先画出一条直线,并在直线中间的适当位置画出箭头,这样就可以把光的传播路径和方向表示出来了.作图时画出的这条直线表示光的传播径迹,画出的箭头表示传播方向(教师画图,如图5所示),因此光线是画出来的,是一种理想模型法.

图4 光的传播径迹 图5 所画光的传播方向

师:在生产生活中,光沿直线传播有哪些应用?请同学们从我们身边举出一些实例.生(1,2,3):上体育课时、国庆阅兵时排队看齐等等都应用了光沿直线传播.师:同学们说得很好,如在实际生产中种植秧苗,植树时种植成一排排等等都应用了这一道理.同学们继续思考,在修建高速公路时要穿过大山,用什么办法才能保证挖掘的隧道沿直线呢?(教师通过播放激光准直的视频引导学生思考)生:应用了激光准直.

师:光沿直线传播还可以用来解释哪些生活现象呢?师引导学生分析影子的形成,手影游戏及皮影戏(生观看图片).师:现在桌面上有手电筒、乒乓球、小皮球、日晷、玩具手枪、蜡烛、火柴、纸杯(杯底有不同形状的小孔)、小塑料袋、细橡皮筋等器材,同学们自选器材,给大家6分钟时间,通过实验探究光沿直线传播现象的一些模拟实例,教师来回巡查指导.

师:时间到,请各组推荐代表上台展示,上台展示的小组可以获得一些小礼物,希望同学们积极行动,各组展示一个,下一组不可重复,自愿的请举手(同学们纷纷举手),有请第1组代表上台展示日食、月食形成的原因.生1简述:用手电筒发光代表太阳发光,乒乓球代表月球,小皮球代表地球,当乒乓球转到手电筒光和小皮球之间,乒乓球的影子投到皮球上,这时处在影区的人们能看到日食现象;同理当小皮球转到手电筒光和乒乓球之间在一条直线上时发生的是月食现象.8组代表上台展示日晷影子的形成,生2简述:当手电筒光运转时照射到日晷上,日晷杆的影子落在日晷面盘上,可以粗略测出时间.第10组代表上台展示,生3用玩具手枪模拟瞄准射击,应用了光沿直线传播的道理.第12组代表上台展示,生4简述:利用蜡烛火焰、带孔的纸杯,纸杯上用橡皮筋扎紧塑料薄膜,通过改变蜡烛的烛焰与杯底之间的距离,可以在塑料薄膜上观察到烛焰倒立的像.成像原理通过观察视频并引导学生得出如下结论:(1)烛焰的光通过小孔后上下相反,所以像是倒立的实像;(2)在前面的实验中改变了小孔的形状,但实像不变,说明像与小孔的形状无关;(3)改变烛焰到小孔的距离或者改变像到小孔的距离,像的大小会改变.

3.2 核心素养落实体现

在组织学生学习的过程中,学生完成实验,探究了影子的形成、日食、月食及小孔成像的成因.教师介绍墨子发现了小孔成像的实验原理,以实验的来历对学生进行热爱科学、爱国情怀的思想教育,最后再通过视频图片进一步解释得出小孔成像的三条结论.实验是模型建构的条件,是形式逻辑思维的核心,是任何讲述无法替代的;事实的呈现、得出结论离不开实验,通过实验才能将真实情境与现实模型建立联系;实验等实践活动是促使物理教学走向物理育人的重要载体,实验是用来发现问题的,也是用来解决问题的,在探究过程中让学生真实体验了光沿直线传播解释的一些现象,此环节紧扣实验进行教学,让学生看得见、做得到、信得过,学习效果较好,培养学生交流合作及应用知识的能力,学生核心素养得到进一步的落实和提升.

总之,在《光的直线传播》教学中,通过情境设计、问题探讨、交流互助、学生分组实验、展示实验及教师演示实验等多种途径来验证光沿直线传播的条件及其应用,让学生通过小组合作完成实验探究,得出结论,体现了“教师为主导,学生为主体,实验探究为核心”的物理教学理念,有利于培养学生的思维能力和创新能力,有利于学生的核心素养在课堂教学中落细、落实.