引領(lǐng)啟發(fā)?促進(jìn)認(rèn)知

在初中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與認(rèn)知能力是核心任務(wù)之一?！豆獾恼凵洹纷鳛楣鈱W(xué)領(lǐng)域的重要內(nèi)容，蘊(yùn)含著豐富的物理現(xiàn)象和規(guī)律，對于學(xué)生深入理解光的傳播特性具有關(guān)鍵意義。傳統(tǒng)教學(xué)模式往往注重知識的灌輸，而“引領(lǐng)啟發(fā)，促進(jìn)認(rèn)知”的教學(xué)理念則更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，通過巧妙設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的好奇心與探索欲，引導(dǎo)學(xué)生主動思考、積極實(shí)踐，從而深入領(lǐng)會光折射的奧秘，為其物理素養(yǎng)的提升奠定堅實(shí)基礎(chǔ)，開啟探索物理世界的精彩旅程。

一、引領(lǐng)啟發(fā) 促進(jìn)認(rèn)知下初中物理《光的折射》教學(xué)設(shè)計的目標(biāo)

在“引領(lǐng)啟發(fā) 促進(jìn)認(rèn)知”的教育理念指導(dǎo)下，初中物理課程《光的折射》的教學(xué)設(shè)計目標(biāo)聚焦于全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，于物理觀念維度而言，學(xué)生要深刻認(rèn)識光折射概念，準(zhǔn)確掌握其中的規(guī)律，重點(diǎn)明晰折射光線、入射光線和法線三者間的位置關(guān)系，以及入射角與折射角在不同介質(zhì)中的變化規(guī)律，借此搭建起光傳播特性的知識框架。同時，教師要讓學(xué)生清楚了解光折射在生活中的普遍存在，例如海市蜃樓、水中筷子彎折等現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)成因，促使學(xué)生形成對光現(xiàn)象客觀、理性和深刻的認(rèn)識，從而為后續(xù)學(xué)習(xí)光學(xué)知識筑牢根基。

在科學(xué)思維層面上，教師要通過實(shí)驗(yàn)觀察、問題驅(qū)動及小組合作探究等方式，使學(xué)生在光的折射這一具體現(xiàn)象中學(xué)會抽象物理模型，并應(yīng)用歸納、類比等方法，以及演繹等探索折射規(guī)律的方法，例如多次變換入射角測折射角以總結(jié)兩者的定量關(guān)系，以及分析光在不同介質(zhì)中的折射能力時用類比思維等，促進(jìn)邏輯推理和批判性思維能力的發(fā)展，敢問、善想，形成創(chuàng)新意識，并在通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)證實(shí)折射現(xiàn)象的假設(shè)時表現(xiàn)出創(chuàng)造力和實(shí)踐能力，學(xué)做科學(xué)家那樣的思維和探究。

在科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中，學(xué)生完整地參與了提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計實(shí)驗(yàn)、搜集資料、分析論證和評估交流等一系列科學(xué)探究活動。以探索光在各類介質(zhì)中的折射規(guī)律為例，學(xué)生能夠自主提出有關(guān)入射角和折射角之間關(guān)系的結(jié)論，根據(jù)現(xiàn)有知識進(jìn)行假設(shè)并自己設(shè)計實(shí)驗(yàn)步驟來挑選設(shè)備，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厮鸭途_地記錄資料，用數(shù)學(xué)方法分析資料得出結(jié)論，反思評價實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果，并和小組的同學(xué)及全班同學(xué)交流探究的結(jié)果，熟練運(yùn)用科學(xué)探究的方法和技巧，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

二、引領(lǐng)啟發(fā) 促進(jìn)認(rèn)知下初中物理《光的折射》教學(xué)設(shè)計的重難點(diǎn)

（一）重點(diǎn)

在初中物理課程《光的折射》的教學(xué)設(shè)計過程中，明確核心知識對于學(xué)生建立全面的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)是非常關(guān)鍵的。在教學(xué)重點(diǎn)中，光折射這一概念和規(guī)律，無疑處于核心地位。在理論理解層面上，教師需要讓學(xué)生明確把握光的折射定義，即光線由一種介質(zhì)斜射到另一介質(zhì)后其傳播方向會發(fā)生變化這一現(xiàn)象。這就需要學(xué)生能準(zhǔn)確地區(qū)分光線的折射和光線的直線傳播、反射及其他光線現(xiàn)象，并了解折射現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，例如兩種介質(zhì)是否存在和光線是否斜射，從而敏銳認(rèn)識到實(shí)際情境中光的折射現(xiàn)象，并為深入探索其中的規(guī)律打下基礎(chǔ)，而要想對光的折射規(guī)律進(jìn)行把握就涉及很多關(guān)鍵要素。學(xué)生應(yīng)深刻理解折射光線、入射光線及法線位于一個平面上，并且折射光線和入射光線位于法線的兩邊的基本幾何關(guān)系，這有助于學(xué)生在思維中建立光折射的空間模型，并直觀地想象光在介質(zhì)界面上的傳播路徑的變化。同時，準(zhǔn)確掌握入射角和折射角之間的關(guān)系是關(guān)鍵，這包括光從空氣斜射入水或其他介質(zhì)，以及在相反的不同情況下，折射角在入射角增減過程中所表現(xiàn)出來的對應(yīng)變化規(guī)律。這可以讓學(xué)生用數(shù)學(xué)語言對光折射過程中的表現(xiàn)進(jìn)行描述并做出預(yù)測，如用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納入射角正弦值和折射角正弦值之間的近似比值關(guān)系，由此深入理解折射規(guī)律中的定量特征，并為處理與光折射有關(guān)的各種復(fù)雜問題、實(shí)現(xiàn)光折射知識由抽象概念到可操作的轉(zhuǎn)變提供了強(qiáng)有力的理論支持，成為可以運(yùn)用的物理工具，促進(jìn)了學(xué)生對于物理世界理性認(rèn)知與實(shí)踐能力的發(fā)展。學(xué)生牢固掌握了這一關(guān)鍵知識，并為下文光學(xué)等物理分支學(xué)科的進(jìn)一步學(xué)習(xí)做了充分的準(zhǔn)備，從而打開了物理知識進(jìn)階之門。

（二）難點(diǎn)

光折射這一教學(xué)難點(diǎn)，主要表現(xiàn)為學(xué)生對光折射現(xiàn)象進(jìn)行微觀解釋和折射規(guī)律在實(shí)際運(yùn)用上存在困難。以微觀機(jī)制為視角，學(xué)生對光折射實(shí)質(zhì)成因的認(rèn)識受到挑戰(zhàn)。光在各種介質(zhì)中傳播速度的差異造成折射現(xiàn)象，這一抽象微觀過程對初中學(xué)生認(rèn)知水平來說存在一定困難。學(xué)生需要跨越從宏觀現(xiàn)象到微觀原理的思維障礙，想象光作為一種電磁波，在不同的介質(zhì)中，介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)差異，會導(dǎo)致傳播速度的變化，繼而引起傳播方向的變化，這涉及對光線波動性和介質(zhì)對光線影響機(jī)理的粗淺理解。教師可以借助形象的隱喻，以模型演示等為指導(dǎo)，幫助學(xué)生在頭腦中建構(gòu)微觀層面的物理圖景，讓學(xué)生對光折射現(xiàn)象有本質(zhì)認(rèn)識，而不僅僅是停留于表面觀察現(xiàn)象、機(jī)械記憶規(guī)律。

就折射規(guī)律運(yùn)用而言，學(xué)生常常很難靈活地把學(xué)到的理論知識運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的情境及解決物理問題。例如，在解決光學(xué)儀器（如放大鏡、望遠(yuǎn)鏡等）的原理問題，以及解釋自然界中如海市蜃樓、日出日落時太陽的變形等奇特現(xiàn)象時，學(xué)生需將光折射規(guī)律、幾何知識與分析實(shí)際情境相結(jié)合，把復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題歸結(jié)為物理模型后再利用折射原理來解決與說明。這就需要學(xué)生有很強(qiáng)的知識遷移能力及解決問題的策略，能對題目中已知條件及所求對象進(jìn)行精確分析，既能選用適當(dāng)?shù)恼凵湟?guī)律公式與方法來進(jìn)行運(yùn)算與推理，又要兼顧實(shí)際情況各方面因素及近似條件，對學(xué)生綜合思維能力及實(shí)踐應(yīng)用能力有很大考驗(yàn)。這就要求教師在教學(xué)過程中，要通過大量實(shí)例分析、針對性練習(xí)和啟發(fā)式引導(dǎo)等方法來幫助學(xué)生循序漸進(jìn)地克服這一教學(xué)難點(diǎn)，使學(xué)生由理論知識向?qū)嶋H應(yīng)用飛躍，它促進(jìn)了學(xué)生應(yīng)用物理知識處理實(shí)際問題能力與科學(xué)素養(yǎng)的提高，發(fā)展了學(xué)生對物理學(xué)科深刻的認(rèn)識與濃厚的興趣，也為學(xué)生今后物理學(xué)習(xí)與科學(xué)探索打下了扎實(shí)的思維基礎(chǔ)。

三、引領(lǐng)啟發(fā) 促進(jìn)認(rèn)知下初中物理《光的折射》教學(xué)設(shè)計的方法

（一）情境導(dǎo)入，引發(fā)光折射之思

初中物理《光的折射》一課的教學(xué)，情境導(dǎo)入對于激發(fā)學(xué)生的興趣、引起學(xué)生的思考至關(guān)重要。理論上，情境導(dǎo)入要以學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)及認(rèn)知水平為依據(jù)，設(shè)置生動、直觀而又具有啟發(fā)性的場景，使抽象的物理知識貼近實(shí)際生活，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，讓學(xué)生積極主動地投入光折射的知識探究之中。

如教師可出示這樣一種情景：把一根筷子斜插在裝有清水的透明玻璃杯里，請學(xué)生觀察水面上筷子的變化情況。學(xué)生都會很驚訝地發(fā)現(xiàn)筷子好像是彎折到水面上了。這時，教師就會帶領(lǐng)學(xué)生想一想：筷子怎么會彎曲呢？這和我們以前學(xué)過的光直線傳播規(guī)律有沖突嗎？透過這一簡單又普遍的生活現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生對光傳播路徑變化的反思，并由此自然引發(fā)出光的折射話題。這一情境導(dǎo)入方式使學(xué)生從自己熟悉的場景中體會物理知識之美妙，認(rèn)識到物理現(xiàn)象無所不在，從而引發(fā)了學(xué)生對光折射原理進(jìn)行深入探討的愿望，為下文教學(xué)活動的順利進(jìn)行打下良好的思維基礎(chǔ)。

（二）實(shí)驗(yàn)演示，展現(xiàn)折射奇妙現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)演示是《光的折射》一課的重要教學(xué)手段，能直觀展現(xiàn)光折射這一美妙現(xiàn)象，有利于學(xué)生感性認(rèn)識的建立和加深對所學(xué)內(nèi)容的理解。在理論上，實(shí)驗(yàn)演示要有清晰性、可操作性、可觀察性等，使學(xué)生能清晰地觀察到光在各種介質(zhì)中折射的過程及折射現(xiàn)象的性質(zhì)。

以“空氣中光線斜射到水中折射實(shí)驗(yàn)”為例，教師準(zhǔn)備一個透明的水槽，在水槽中裝入適量的水，然后將一束激光筆發(fā)出的光從空氣斜射入水中，使學(xué)生通過觀察光在空氣與水兩介質(zhì)界面上傳播路徑的改變。學(xué)生能明顯看出光線入水后會偏折而不再沿著原直線傳播，然后，教師改變?nèi)肷浣牵髮W(xué)生再觀察折射光線是否發(fā)生變化，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。學(xué)生經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)演示后，可以直觀地感覺到入射角和折射角是有一定聯(lián)系的，而且折射角隨入射角的增減而變化。這一直觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的呈現(xiàn)，讓學(xué)生初步了解了光的折射規(guī)律，并為深入挖掘光折射規(guī)律實(shí)質(zhì)提供了大量感性材料，幫助學(xué)生在抽象思維中攻克難點(diǎn)，加深對光折射知識的理解與把握。

（三）問題驅(qū)動，探究折射規(guī)律本質(zhì)

問題驅(qū)動教學(xué)法可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考，積極挖掘光折射規(guī)律實(shí)質(zhì)，發(fā)展科學(xué)思維能力。從理論上看，教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計出一系列富有啟發(fā)性、邏輯性、層次性強(qiáng)的問題，指導(dǎo)學(xué)生在解題過程中循序漸進(jìn)地揭示光的折射規(guī)律。

例如，在學(xué)生觀察完光從空氣斜射入水中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，教師可以提出以下問題：“光線從空氣中斜射到水中，折射光線、入射光線及法線之間有什么位置關(guān)系呢？”“入射角變大，折射角又是怎么變的呢？兩者之間是否存在著定量關(guān)系？”“不同介質(zhì)對光線折射能力一樣嗎？怎樣對比呢？”通過這幾個問題來引導(dǎo)學(xué)生深入地分析與思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生將在觀察現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，試圖用自己的話來描述折射光線、入射光線及法線之間的位置關(guān)系，通過后續(xù)實(shí)驗(yàn)探究及數(shù)據(jù)分析來找出入射角和折射角間的定量關(guān)系。教師在這一過程中不斷地指導(dǎo)學(xué)生提出假說、設(shè)計實(shí)驗(yàn)、搜集資料、驗(yàn)證假說，循序漸進(jìn)地揭示光折射規(guī)律。這種以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方式能夠讓學(xué)生充分發(fā)揮其主觀能動性進(jìn)行探索，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析能力、歸納總結(jié)能力和邏輯思維能力，讓學(xué)生真正領(lǐng)悟光折射規(guī)律內(nèi)涵而非單純記住公式與結(jié)論，從而為學(xué)生以后應(yīng)用物理知識處理實(shí)際問題打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

（四）小組合作，深化折射知識理解

在理論層面上，小組合作學(xué)習(xí)給學(xué)生搭建了一個交流互動和思維碰撞的舞臺，可以有效地加深學(xué)生對光折射知識的認(rèn)識。小組合作中學(xué)生從不同思維視角及知識儲備出發(fā)，一起討論光折射的有關(guān)問題，這有利于擴(kuò)展思維的寬度和深度。

如教師可以安排小組任務(wù)：用所給的玻璃磚、光源和量角器等設(shè)備來探索光在玻璃磚上折射的特征，試著對生活中有關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。小組成員之間的職責(zé)劃分是清晰的：一些人主要負(fù)責(zé)光源的操作和調(diào)整入射角，另一些人則專注于測量入射角和折射角的度數(shù)，還有的人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的記錄和現(xiàn)象的觀察，還有的人則專注于查閱相關(guān)資料以獲取理論依據(jù)。合作時，學(xué)生會對所觀察折射光線的偏折方向、角度變化現(xiàn)象進(jìn)行討論，并可能有不同看法與解釋，例如對光線在玻璃磚內(nèi)折射時出射光線平行于入射光線這一現(xiàn)象，有些同學(xué)從光路可逆的角度作了分析，有些同學(xué)結(jié)合光線傳播速度的變化作了說明。這樣的溝通和爭辯，可以使學(xué)生對光折射原理及規(guī)律有一個更加全面而深刻的認(rèn)識，還能促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力及綜合解題能力的提高，把個體對光折射的認(rèn)識融于集體智慧結(jié)晶之中，達(dá)到深層把握知識的目的。

（五）實(shí)例剖析，明晰折射生活應(yīng)用

理論、實(shí)例剖析可以使光的折射這一抽象知識具象化，使學(xué)生切實(shí)感受物理知識在生活當(dāng)中的廣泛運(yùn)用，進(jìn)而更深刻地認(rèn)識它的價值與意義。通過深入剖析生活中的事例，教師可以使學(xué)生學(xué)會應(yīng)用已學(xué)過的光折射原理來解釋、解決現(xiàn)實(shí)中的問題，增強(qiáng)其知識遷移應(yīng)用的能力。

例如，教師可以列舉海市蜃樓這一神奇的自然現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用光的折射知識進(jìn)行剖析。首先介紹海市蜃樓形成的地理環(huán)境和氣象條件，其次讓學(xué)生思考光線在不同溫度、濕度的空氣層中傳播時發(fā)生折射的情況。學(xué)生會認(rèn)識到，由于不同空氣層的折射率不同，光線在傳播過程中不斷發(fā)生折射，使得遠(yuǎn)處物體的光線經(jīng)過多次折射后進(jìn)入人眼，形成了虛幻的影像，就像物體位于實(shí)際位置上方或下方的奇特景象。

（六）總結(jié)歸納，升華折射認(rèn)知體系

在初中物理課程《光的折射》的教學(xué)過程中，總結(jié)和歸納起到了不可或缺的作用。從理論角度看，這有助于整理知識結(jié)構(gòu)，并將分散的知識點(diǎn)整合為一個完整的知識體系，讓學(xué)生對光折射知識的理解更加系統(tǒng)和全面，達(dá)到由感性認(rèn)識向理性認(rèn)識升華的目的。

在一系列教學(xué)活動結(jié)束之后，教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納。首先對光折射這一概念進(jìn)行了綜述，即光線由一介質(zhì)斜入射到另一介質(zhì)后其傳播方向會出現(xiàn)偏折，然后對光折射規(guī)律進(jìn)行梳理，主要有折射光線、入射光線和法線位于同一平面上，折射光線和入射光線位于法線的兩邊，入射角和折射角大小之間的關(guān)系因介質(zhì)而異。其次，教師協(xié)助學(xué)生把光折射的知識和以前所學(xué)過的關(guān)于光直線傳播和反射的知識相比較聯(lián)系起來，使學(xué)生了解在各種傳播條件下光的行為表現(xiàn)，從而建構(gòu)一個完整的光學(xué)知識框架。最后，鼓勵學(xué)生歸納探索光折射規(guī)律時采用的實(shí)驗(yàn)觀察、數(shù)據(jù)分析、提出假說、驗(yàn)證假說等科學(xué)方法，以促進(jìn)其科學(xué)思維能力與探究素養(yǎng)的發(fā)展。這一總結(jié)與概括，使學(xué)生對光線折射的認(rèn)識不再只停留于表面現(xiàn)象與孤立知識點(diǎn)。

四、結(jié)語

綜上所述，在這次以“引領(lǐng)啟發(fā) 促進(jìn)認(rèn)知”為核心思想的《光的折射》課程設(shè)計中，學(xué)生在情境、實(shí)驗(yàn)、問題、合作和實(shí)例等多個方面得到了深入的引導(dǎo)，經(jīng)歷了現(xiàn)象觀察—規(guī)律探究—知識應(yīng)用這樣一個完整的學(xué)習(xí)歷程。這樣不僅有利于學(xué)生獲得光的折射知識和技能，而且使其在思維發(fā)展、合作交流及實(shí)踐應(yīng)用能力等方面也有明顯的提高。