在光学教学中提升学生核心素养的探索与实践

学习光路的可逆性时，用PVC胶粘一个“V”形的管子，在管口内侧壁安装几只高亮度发光二极管、纽扣电池及开关组成的电路，在“V”形管的底部粘一个小平面镜，实验时，闭合开关（使发光二极管发光），请两位同学分别用一只眼睛贴着管口向管底观看，问两位同学分别看到了什么。

在学习漫反射时，教师投影一张漫反射图片，问学生漫反射的光线是否一定不平行，再要求学生根据光路的可逆性原理，将箭头全反过来，再观察漫反射的光线是否平行。

在学习凸透镜或凹透镜的焦点时，教师投影一张图片，先问学生该透镜有几个焦点，然后再问学生若让平行光源从透镜的另一侧平行主光轴入射，会出现什么情况，最后再问透镜有几个焦点。

在学习光在水中折射成像时，学生大多知道：人看到水下的物体是物体的像，它的位置升高了。这时，教师可引导学生思考：水下的鱼，看到岸上的物体，位置又是如何呢？

在学习用放大镜观察物体时，学生一般是将物体向放大镜方向靠近，这时教师可让学生试着将放大镜向物体方向靠近;在做凸透镜成像实验时，学生按课本上“由远及近”的步骤进行，教师可以启发学生“反其道”为之。

经过多次学习与训练，使学生形成逆向思考问题的习惯，学会用逆向思维分析生活、生产及未来社会中的现象，提升学生分析与解决问题的能力。

二、教会学生“拆解”光学组件，培养学生发明创新的能力

将两种或者两种以上的物件组合到一起，变成一个新的组合体，该组合体可能具有原有物件没有的功能，这个新的组合体就成了一件发明。如哨子与水壶组合便成了现行的烧水壶，电炉与锅组合在一起就成了电饭锅，等等。拆解，就是将一件组合体按科学的方式进行分离，从而暴露出各部件的功能。要让学生学会运用组合法来创新，可应用 “拆解”法来培养。

在学习潜望镜时，可将其拆解成两块平面镜与三根管子，要求学生课后利用这几种物件自由组合，有的要求做成能看到地面上方的物体，如电能表的表盘;有的要求能看到地下的物体，如下水道中的物体;有的要求能看到水平方向且位于人体后方的物体，如身后的人。

在学习投影仪时，教师可将投影仪上的平面镜拆下，让学生观察图像的位置，让学生发现平面镜的作用，再将投影仪内的强光灯泡拆下，什么也看不见了，让学生发现强光灯的作用。就这样，让学生明白各组件的作用，理解投影仪是如何通过组合而工作的。

在学习双凸透镜的望远镜时，教师先将目镜拆下，让学生从目镜的位置观察远处的物体，学生发现有一个很小的倒立的实像，再装上目镜，再观察远处的物体，发现倒立的像变大了。这时学生发现物镜的功能相当于照相机，目镜的功能相当于放大镜，使学生理解这种望远镜相当于是照相机与放大镜组合而成的。

组合创新，实际上是利用逆向思维，先拆解，分析各部分功能，再组合实验。这样，时间一长，学生便发现要发明一种新功能的器件，可以取部分功能的物件进行组合，从而学会用组合法来创新。

三、加强创新实验教学，激发学生的创新意识

学生对用课本上的实验器材做实验，往往没有“新鲜”感，但如果教师对实验器材进行改造、设计，用自己的办法演示实验，学生就会感到“新奇”，它直接启发学生要勇于探索、大胆创新，对培养学生的发散思维有着积极的作用。它具有一定的诱惑性，“引诱”学生模仿教师，搞小制作，做小实验，这样做的时间长了，便能有效培养学生的创新精神与创新能力。

1.自制新型教具，研究光的反射规律

如图1所示，是一个相互垂直的支架，两侧通过尼龙线与中间立杆上的螺丝构成一个三角形，立杆上竖直固定一根塑料杆，代表法线，在塑料杆正下方的直杆上贴一张反光膜，用两根外壁贴有箭头的空心铝管显示光路（沿管长方向将铝管剪开，使管壁形成一缝隙，当光线沿铝管的内壁照射时，从缝隙中便能看到光的路径），铝管外部通过一个很小的圆环与尼龙线相连，使铝管能沿尼龙线，绕着入射点转动，铝管的下部用尼龙线拉紧，并将线头固定在螺丝钉上，在竖直立杆上粘贴一个量角器。

实验时，将左侧的铝管转到45°角处，让激光从左侧铝管入射，如图2所示，可观察到左侧铝管内的光线。转动右侧铝管，开始看不到铝管内有光线，当右侧铝管也移到45°角处，便能看到右侧铝管内的光线。改变入射角的大小，多做几次实验，便能得出“反射角等于入射角”这一结论。当两铝管与法线的夹角相等时，先用激光筆从左侧铝管照射，可以观察到右侧铝管内的反射光线，再用激光从右侧铝管入射，在左侧铝管内也能看到反射光线，说明光反射时，光路是可逆的。

接下来观察反射光线、入射光线、法线的关系，很容易发现两条光线位于法线（竖直塑料杆）的两侧。

2.自制新型教具，研究光的折射规律

图3是该教具的正面结构图：一个带量角器的圆盘1，半圆形的玻璃砖2，激光器3，拉线4与5，磁片6，铁杆7。其中，带量角器的圆盘的圆心处有一转轴，圆盘可绕转轴旋转。圆盘的背面贴有小磁片，半圆形的玻璃砖的背面贴有铁片，使半圆形的玻璃砖能吸在圆盘上，调整玻璃砖的位置，可使圆形玻璃砖的圆心与圆盘的圆心共轴。在激光头处安装一个螺丝钉，将一棉线头固定，棉线直接拉到转轴并绕转轴半圈拉出，在拉出的线端固定一小磁片，以便在铁质黑板上使用时，可以拉直棉线使之与光线重叠，便于观察光路并记录光路。在铁杆下端固定一根棉线，线端系一个小磁片，可使该装置在铁质黑板上使用时，通过棉线的拉力使之呈竖直状态。

图4是该教具的背面图：圆盘1，小磁片2，转轴3，铁杆4，调节棉线5，螺丝钉6，固定激光器的弹性绳7，激光器8。铁杆上的螺丝钉（它可调节棉线的松紧与棉线到铁杆面上的距离，它可使棉线与光线达到重合）、固定激光器的橡皮绳（可起半固定作用，在必要时，可旋转激光器，微调射出光的方向）。

实验时，一手持住铁杆，打开激光器的开关，激光沿棉线显示入射光线，轻轻旋转圆盘，使光线与圆盘上的某一处线条对齐，该线条处的数字即为入射角的度数，同时可看到在圆盘平面上的折射光线，根据光线所对应的刻线处的数字，即可读出折射角。同时还能看到较强的反射光线，如图5所示。这样很容易得出“三线共面”“两线分居”的结论。

将该装置直接贴在铁质黑板上，由于三个小磁片为强磁片，整个装置就吸在黑板上，同时用铁杆上的拉线及磁片将铁杆固定在竖直方向。此时，打开开关，可看到入射光沿棉线方向竖直射出，旋转圆盘，改变入射角的度数，便可观察折射角与反射角的大小，拉动转轴处的棉线，使它与折射光线或反射光线重合，并用线端的小磁片将棉线固定下来，沿棉线方向在黑板面上画出入射光线、折射光线、反射光线，分析光路，总结“两角关系”。

通过创新实验的教学，一方面能提高学生的学习兴趣，使学生感到很“新奇”;另一方面，有利于培養学生的创新意识与创新精神。教师长期坚持创新实验，学生便学会自己创新。创新实验教学，是提升学生核心素养的一种有效教学方法，是教师研究的永恒课题。

在光学教学中，核心素养中的“物理观念”可通过以讲解为主的直观教学来培养，而“科学思维”需要通过作图训练、逆向思维训练、推导与演算、教具创新来培养。教具创新是提升学生“实验探究”素养的绝佳方法。当然，教无定法，贵在得法，教学实践中要不断探索与创新，通过多种方法组合与优化，力求达到最优教学效果。

[   参   考   文   献   ]

[1]  肖建华.学科核心素养导向的物理深度实验教学思考[J].中学物理教学参考，2017（11）：12-15.

[2]  黄祥.高中物理教学中逆向思维能力培养的策略研究[D].贵阳：贵州师范大学，2015.

[3]  陈小平.创新实验设计，培养高中生的物理核心素养[J].课程教学研究，2016（10）：67-71.

[4]  吴红良.基于中小学生创新能力培养的教学探索：以机器人教学中的拆解与组合为例[J].基础教育论坛，2015（25）：28-29.

（责任编辑 易志毅）

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