以“光的折射”为例谈物理核心素养的落实
林英
摘 要：用“光的折射”一节的课堂教学为载体，以培育学生的物理核心素养为指向，论述从物理核心素养的四个方面实施课堂教学的策略。以生活、自然现象为切入点，培育学生的科学态度与责任；以实验为载体，在课堂上培育学生的科学探究和科学思维；以解释生活、自然现象为依托，培育学生的物理观念。
关键词：光的折射；物理观念；科学态度与责任；科学探究；科学思维
十年树木百年树人，教书育人至关重要，在教学过程中，教师必须注重学生核心素养的培养，以实现学生的自我发展及社会需要。物理核心素养由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度构成[ 1 ]。笔者通过“光的折射”的教学，浅谈物理核心素养的落实。
1 以生活、自然现象为突破口，培育学生的科学态度与责任
科学态度与责任对人的认识与实践活动有决定性的导向作用，它包括科学本质、科学态度、科学伦理等要素，是人的科学素养的核心要素[ 2 ]。“科学态度与责任”应当贯穿于物理学科教学课堂中，教师言传身教，培育学生建立科学态度与责任。在探究光的折射规律前，笔者从以下方面进行教学设计，以达到培育学生的科学态度与责任的目的。
展示“变钱小魔术”趣味性的演示实验。实验的操作过程：课前事先在碗中放入硬币，放在一定的高度让学生刚好看不到碗底的硬币。
【教学片断1】
师：请同学们看，这是一个空碗，现在我要用这个碗进行“变钱小魔术”。
师：往碗里倒入一定量的水。
生：老师真的能变钱。
师：老师真的能变钱吗？
师：大家再来观察老师将筷子插入装有适量水的玻璃杯中，请大家从侧面观察筷子，看到什么现象？筷子被折断了吗？
生1：应该没有。
生2：好像筷子被折断了。
师：取出筷子，筷子确实没有折断，我们的直观感觉可靠吗？
师播放神奇的自然现象：海市蜃楼。
师：在观看视频的过程中，思考海面上的高楼是真的吗？
通过以上的实验及生活的神奇现象，笔者启发学生正确对待生活现象和自然现象，眼见不一定为实，要用科学的知识去解释这些现象，不要一味的盲从。初中的学生对生活和自然的现象往往既熟悉又陌生，陌生在于学生没有科学的理论依据会被表面的现象所迷惑，所以笔者以生活、自然现象为切入点，培育学生科学态度与责任。
2 以实验为载体，在课堂上培育学生的科学探究和科学思维
物理是一门以实验为基础的自然学科，实验是物理规律探索的基础，学生动手实验，有助于学生对规律的探索。所以无论是培育学生的科学探究能力的科学素养还是提升物理课堂品质，实验是物理课堂必不可少的一个环节。
2.1 从生活、自然现象到物理实验探究需要教师的有效、积极引导
科学思维包括是对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式[ 3 ]，所以笔者根据生活和自然现象对其本质的属性、内在规律有效和积极引导，帮助学生对经验事实进行理想模型的抽象概括。
【教学片断2】
师：老师没有本事真的能变出钱来，只是原来在碗底看不见的硬币，老师加水后又能看得见，看到硬币是由于硬币反射的光进入我们的眼睛，在此过程中光经过的介质有几种？
生：水和空气。
师：光从一种介质射向另一种介质，光的传播方向会有怎样的变化？老师在黑板上演示光从空气射向玻璃。（如图1乙）
师：光从空气射向玻璃，光的传播方向沿直线传播吗？
生：光的传播方向发生了偏折。
师：光从空气射向玻璃传播方向一定发生偏折吗？
师演示光垂直于玻璃表面射向玻璃，让学生再次观察光的传播方向情况。在此基础上笔者顺利的将生活和自然的现象引导到今天我们要探究的光的折射规律。
2.2 将科学思维的培育贯穿于规律探究的实验过程
科学思维是分析综合、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。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素[ 3 ]。
光的折射规律是在学生学过光的反射定律的基础上，再一次探究光的另一种规律。所以笔者在进行探究光的折射规律教学设计时，复习了光的反射中的一点两角三线相关概念的知识，渗透了物理类比思想帮助学生有效快速的建构光的折射的相关概念，如入射点和折射角、入射角及折射光线、入射光线、法线，即一点两角三线。复习光的反射定律中探究的是三线的位置关系、两角关系及光路是否可逆的内容，引导学生探究光的折射规律也是从这几方面入手。
笔者在教学设计中通过迁移数学知识两点确定一条直线，在光的传播过程中取两点并用一条直线连接即可确定入射光线、折射光线，从而培育学生的建模能力。
【教學片断3】
师：我们探究光的折射规律实验，关键是将折射光线和入射光线画出，同学们我们该如何将这两条光线画出呢？
生：（思考，相互观望）
师：你们已经学习了两个点可确定一条直线。
生：我们只要在光的传播方向确定两个点，我们就可以确定入射光线和折射光线。
师：在黑板上示范如何确定折射光线和入射光线，画出光路图。
2.3 将演示实验和分组实验有机结合，让学生由浅入深的体验物理规律的探究过程
教师为学生演示实验，学生未参与实验过程，对物理规律的认知仍停留在较浅的层面上。学生进行分组实验，能够亲自动手实验，动手实践能力得到提高，思维能力也得到了全过程的启发，对规律的形成有了较深的了解，能够较为科学的应用物理规律解释生活现象、解决物理问题。
光的折射规律中探究三线的位置关系相对比较简单容易观察，由于学生在光的反射定律探究过程中已经有所体验，所以笔者在教学设计中仅仅以教师的演示实验让学生从感官上认识光的折射规律中的折射光线、入射光线及法线的位置关系。
本节课重点探究折射角与入射角的大小定性关系、找出折射角与入射角的变化规律形成光的折射规律，笔者在探究这两角关系时让学生进行分组实验，让学生在动手实践中使作图的能力，建模的能力，准确地找角的能力都能得到提高，并对光的折射相关的概念加深理解。
【教学片断4】
（1）学生实验
师：光线斜射入玻璃：让入射角变化（角度由小到大，或角度由大到小）画出折射光线和入射光线，至少三次实验，观察折射角的变化，比较在哪种介质中的角度大。光线垂直射向玻璃，观察光的传播路径会怎样变化。一、二组完成光从空气射向玻璃，画出实验过程的光路图，分别量出入射角、折射角并比较两者大小关系（玻璃砖是半圆形的）
实验过程中学生正在体验实验带来的快乐如图2，某学生收集的数据如表1。
师：三、四组完成光从玻璃射向空气，画出实验过程的光路图，分别量出入射角、折射角并比较两者大小关系（玻璃砖是方形的）
师：对收集来的数据进行交流讨论，分析得出规律，展示其中某组学生的数据（如表2）
师：我们怎么分析数据呢？
师：我们要先对这两组数据纵向比较，会的得出什么结论？
生：无论是光从空气射向玻璃还是玻璃射向空气，折射角随入射角的增大而增大。
师：我们再看这两组数据横向比较，光从空气斜射向玻璃时折射角与入射角大小关系？
生：折射角小于入射角。
师：光从玻璃斜射向空气时，折射角与入射角大小关系？
生：折射角大于入射角。
师：由此我们知道折射角不一定小于入射角，那这两个角之间还有什么规律没有？
师：光从空气斜射向玻璃时，入射光线在哪种介质中？
生：空气。
师：光从玻璃斜射向空气中，折射光线在哪种介质？
生：空气。
师：光线只要在空气中相对应的角就比光在玻璃介质中相对应的角大。
（2）教师演示实验
师：根据以上初步得到折射规律适合所有介质的折射现象吗？
师演示光从空气斜射向水中，并且使入射角增大。
师：大家观察到入射角增大时，折射角如何变化？
生：增大。
师：你们还能观察到什么？
生：光从空气斜射向水中，折射角小于入射角。
师演示光从水中斜射向空气中，观察到什么？
生：光从水斜射向空气中，折射角大于入射角。
师：光线只要在空气中的相对应的角就比光在水介质中相对应的角大。因此光在空气相对应的角比光在其他介质相应的角大。由此可以得出光的折射规律不仅适用在空气与玻璃还适用在空气与水中。
笔者在设计探究折射角和入射角关系时，这个实验探究的重点是根据收集的数据进行分析，培育学生学会纵向比较数据、分析、归纳总结光的折射规律中的折射角与入射角的大小的变化关系，折射角随入射角的增大而增大；当入射角等于零度时，折射角为零度即当光垂直于介质表面入射时光的传播方向不变；培育学生横向比较数据归纳总结出在空气中的角（无论是折射角还是入射角）都比其他介质中的角大。学生的分组实验如果仅仅单一的光从空气射向玻璃或者光从玻璃射向空气归纳得出来的光的折射规律可能存在偶然性，引导学生对规律的探究应该具有普遍性，所以笔者在学生分组实验探究的基础上再次设计教师的演示实验探究光在空气和水中的传播过程中是否也满足光的折射规律。将教师演示实验和学生分组实验有机结合，不仅可以提升物理课堂品质而且还能增加学生在物理规律探究过程带来的喜悦感。
3 以解释生活、自然现象为依托，培育学生的物理观念
物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素[ 3 ]。本节光的折射学习就是以生活、自然现象引入，在学习探究光的折射规律后运用光的折射规律解释生活和自然中的现象。笔者在教学设计中首尾呼应，运用光的折射规律解释“变变钱小魔术”“筷子被水折断”“海市蜃楼”现象。 在教学的过程中可以根据学生的能力强弱在解释“变钱小魔术”时有所区别，学生能力强的班级笔者设计时让学生运用光的折射规律画出光路图，学生能力弱的班级笔者自己在黑板上画变出硬币的原因。促使学生将“筷子被水折断”原因的光路图画出来。通过以解释生活、自然现象为依托，培育学生的物理观念。
4 结束语
培育学生核心素養的主要阵地之一的是课堂，因此物理课堂的教学目标、教学设计，要依托于科学的、先进的教学理念。在物理课堂教学中，学生在教师的有效引导下建构物理观念，并将建构过程中的科学探究和科学思维吸收转化为科学素养和科学态度与责任，完成物理核心素养在课堂上的落实。当然并不是所有物理课均能全面培育这四个维度的物理核心素养，但要尽力让每节物理课能根据其内容有所侧重，从而落实学生的物理核心素养。
参考文献：
[1]董友军，李跃明.凸显“知识迁移能力”，落实“物理核心素养”[J] .物理实验，2017（17）.
[2]马朱林.以“楞次定律”为例践行核心素养教学[J].中学物理教学参考，2018（Z1）.
[3]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017.
摘 要：用“光的折射”一节的课堂教学为载体，以培育学生的物理核心素养为指向，论述从物理核心素养的四个方面实施课堂教学的策略。以生活、自然现象为切入点，培育学生的科学态度与责任；以实验为载体，在课堂上培育学生的科学探究和科学思维；以解释生活、自然现象为依托，培育学生的物理观念。
关键词：光的折射；物理观念；科学态度与责任；科学探究；科学思维
十年树木百年树人，教书育人至关重要，在教学过程中，教师必须注重学生核心素养的培养，以实现学生的自我发展及社会需要。物理核心素养由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度构成[ 1 ]。笔者通过“光的折射”的教学，浅谈物理核心素养的落实。
1 以生活、自然现象为突破口，培育学生的科学态度与责任
科学态度与责任对人的认识与实践活动有决定性的导向作用，它包括科学本质、科学态度、科学伦理等要素，是人的科学素养的核心要素[ 2 ]。“科学态度与责任”应当贯穿于物理学科教学课堂中，教师言传身教，培育学生建立科学态度与责任。在探究光的折射规律前，笔者从以下方面进行教学设计，以达到培育学生的科学态度与责任的目的。
展示“变钱小魔术”趣味性的演示实验。实验的操作过程：课前事先在碗中放入硬币，放在一定的高度让学生刚好看不到碗底的硬币。
【教学片断1】
师：请同学们看，这是一个空碗，现在我要用这个碗进行“变钱小魔术”。
师：往碗里倒入一定量的水。
生：老师真的能变钱。
师：老师真的能变钱吗？
师：大家再来观察老师将筷子插入装有适量水的玻璃杯中，请大家从侧面观察筷子，看到什么现象？筷子被折断了吗？
生1：应该没有。
生2：好像筷子被折断了。
师：取出筷子，筷子确实没有折断，我们的直观感觉可靠吗？
师播放神奇的自然现象：海市蜃楼。
师：在观看视频的过程中，思考海面上的高楼是真的吗？
通过以上的实验及生活的神奇现象，笔者启发学生正确对待生活现象和自然现象，眼见不一定为实，要用科学的知识去解释这些现象，不要一味的盲从。初中的学生对生活和自然的现象往往既熟悉又陌生，陌生在于学生没有科学的理论依据会被表面的现象所迷惑，所以笔者以生活、自然现象为切入点，培育学生科学态度与责任。
2 以实验为载体，在课堂上培育学生的科学探究和科学思维
物理是一门以实验为基础的自然学科，实验是物理规律探索的基础，学生动手实验，有助于学生对规律的探索。所以无论是培育学生的科学探究能力的科学素养还是提升物理课堂品质，实验是物理课堂必不可少的一个环节。
2.1 从生活、自然现象到物理实验探究需要教师的有效、积极引导
科学思维包括是对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式[ 3 ]，所以笔者根据生活和自然现象对其本质的属性、内在规律有效和积极引导，帮助学生对经验事实进行理想模型的抽象概括。
【教学片断2】
师：老师没有本事真的能变出钱来，只是原来在碗底看不见的硬币，老师加水后又能看得见，看到硬币是由于硬币反射的光进入我们的眼睛，在此过程中光经过的介质有几种？
生：水和空气。
师：光从一种介质射向另一种介质，光的传播方向会有怎样的变化？老师在黑板上演示光从空气射向玻璃。（如图1乙）
师：光从空气射向玻璃，光的传播方向沿直线传播吗？
生：光的传播方向发生了偏折。
师：光从空气射向玻璃传播方向一定发生偏折吗？
师演示光垂直于玻璃表面射向玻璃，让学生再次观察光的传播方向情况。在此基础上笔者顺利的将生活和自然的现象引导到今天我们要探究的光的折射规律。
2.2 将科学思维的培育贯穿于规律探究的实验过程
科学思维是分析综合、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。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素[ 3 ]。
光的折射规律是在学生学过光的反射定律的基础上，再一次探究光的另一种规律。所以笔者在进行探究光的折射规律教学设计时，复习了光的反射中的一点两角三线相关概念的知识，渗透了物理类比思想帮助学生有效快速的建构光的折射的相关概念，如入射点和折射角、入射角及折射光线、入射光线、法线，即一点两角三线。复习光的反射定律中探究的是三线的位置关系、两角关系及光路是否可逆的内容，引导学生探究光的折射规律也是从这几方面入手。
笔者在教学设计中通过迁移数学知识两点确定一条直线，在光的传播过程中取两点并用一条直线连接即可确定入射光线、折射光线，从而培育学生的建模能力。
【教學片断3】
师：我们探究光的折射规律实验，关键是将折射光线和入射光线画出，同学们我们该如何将这两条光线画出呢？
生：（思考，相互观望）
师：你们已经学习了两个点可确定一条直线。
生：我们只要在光的传播方向确定两个点，我们就可以确定入射光线和折射光线。
师：在黑板上示范如何确定折射光线和入射光线，画出光路图。
2.3 将演示实验和分组实验有机结合，让学生由浅入深的体验物理规律的探究过程
教师为学生演示实验，学生未参与实验过程，对物理规律的认知仍停留在较浅的层面上。学生进行分组实验，能够亲自动手实验，动手实践能力得到提高，思维能力也得到了全过程的启发，对规律的形成有了较深的了解，能够较为科学的应用物理规律解释生活现象、解决物理问题。
光的折射规律中探究三线的位置关系相对比较简单容易观察，由于学生在光的反射定律探究过程中已经有所体验，所以笔者在教学设计中仅仅以教师的演示实验让学生从感官上认识光的折射规律中的折射光线、入射光线及法线的位置关系。
本节课重点探究折射角与入射角的大小定性关系、找出折射角与入射角的变化规律形成光的折射规律，笔者在探究这两角关系时让学生进行分组实验，让学生在动手实践中使作图的能力，建模的能力，准确地找角的能力都能得到提高，并对光的折射相关的概念加深理解。
【教学片断4】
（1）学生实验
师：光线斜射入玻璃：让入射角变化（角度由小到大，或角度由大到小）画出折射光线和入射光线，至少三次实验，观察折射角的变化，比较在哪种介质中的角度大。光线垂直射向玻璃，观察光的传播路径会怎样变化。一、二组完成光从空气射向玻璃，画出实验过程的光路图，分别量出入射角、折射角并比较两者大小关系（玻璃砖是半圆形的）
实验过程中学生正在体验实验带来的快乐如图2，某学生收集的数据如表1。
师：三、四组完成光从玻璃射向空气，画出实验过程的光路图，分别量出入射角、折射角并比较两者大小关系（玻璃砖是方形的）
师：对收集来的数据进行交流讨论，分析得出规律，展示其中某组学生的数据（如表2）
师：我们怎么分析数据呢？
师：我们要先对这两组数据纵向比较，会的得出什么结论？
生：无论是光从空气射向玻璃还是玻璃射向空气，折射角随入射角的增大而增大。
师：我们再看这两组数据横向比较，光从空气斜射向玻璃时折射角与入射角大小关系？
生：折射角小于入射角。
师：光从玻璃斜射向空气时，折射角与入射角大小关系？
生：折射角大于入射角。
师：由此我们知道折射角不一定小于入射角，那这两个角之间还有什么规律没有？
师：光从空气斜射向玻璃时，入射光线在哪种介质中？
生：空气。
师：光从玻璃斜射向空气中，折射光线在哪种介质？
生：空气。
师：光线只要在空气中相对应的角就比光在玻璃介质中相对应的角大。
（2）教师演示实验
师：根据以上初步得到折射规律适合所有介质的折射现象吗？
师演示光从空气斜射向水中，并且使入射角增大。
师：大家观察到入射角增大时，折射角如何变化？
生：增大。
师：你们还能观察到什么？
生：光从空气斜射向水中，折射角小于入射角。
师演示光从水中斜射向空气中，观察到什么？
生：光从水斜射向空气中，折射角大于入射角。
师：光线只要在空气中的相对应的角就比光在水介质中相对应的角大。因此光在空气相对应的角比光在其他介质相应的角大。由此可以得出光的折射规律不仅适用在空气与玻璃还适用在空气与水中。
笔者在设计探究折射角和入射角关系时，这个实验探究的重点是根据收集的数据进行分析，培育学生学会纵向比较数据、分析、归纳总结光的折射规律中的折射角与入射角的大小的变化关系，折射角随入射角的增大而增大；当入射角等于零度时，折射角为零度即当光垂直于介质表面入射时光的传播方向不变；培育学生横向比较数据归纳总结出在空气中的角（无论是折射角还是入射角）都比其他介质中的角大。学生的分组实验如果仅仅单一的光从空气射向玻璃或者光从玻璃射向空气归纳得出来的光的折射规律可能存在偶然性，引导学生对规律的探究应该具有普遍性，所以笔者在学生分组实验探究的基础上再次设计教师的演示实验探究光在空气和水中的传播过程中是否也满足光的折射规律。将教师演示实验和学生分组实验有机结合，不仅可以提升物理课堂品质而且还能增加学生在物理规律探究过程带来的喜悦感。
3 以解释生活、自然现象为依托，培育学生的物理观念
物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素[ 3 ]。本节光的折射学习就是以生活、自然现象引入，在学习探究光的折射规律后运用光的折射规律解释生活和自然中的现象。笔者在教学设计中首尾呼应，运用光的折射规律解释“变变钱小魔术”“筷子被水折断”“海市蜃楼”现象。 在教学的过程中可以根据学生的能力强弱在解释“变钱小魔术”时有所区别，学生能力强的班级笔者设计时让学生运用光的折射规律画出光路图，学生能力弱的班级笔者自己在黑板上画变出硬币的原因。促使学生将“筷子被水折断”原因的光路图画出来。通过以解释生活、自然现象为依托，培育学生的物理观念。
4 结束语
培育学生核心素養的主要阵地之一的是课堂，因此物理课堂的教学目标、教学设计，要依托于科学的、先进的教学理念。在物理课堂教学中，学生在教师的有效引导下建构物理观念，并将建构过程中的科学探究和科学思维吸收转化为科学素养和科学态度与责任，完成物理核心素养在课堂上的落实。当然并不是所有物理课均能全面培育这四个维度的物理核心素养，但要尽力让每节物理课能根据其内容有所侧重，从而落实学生的物理核心素养。
参考文献：
[1]董友军，李跃明.凸显“知识迁移能力”，落实“物理核心素养”[J] .物理实验，2017（17）.
[2]马朱林.以“楞次定律”为例践行核心素养教学[J].中学物理教学参考，2018（Z1）.
[3]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017.
