基于学生学科核心素养培养的物理规律教学探索
范传东
摘 要：本文探索基于学生学科素养培养的物理规律课教学，以粤沪版初中物理八年级“探究光的反射规律”教学为例，通过学生对“法线”的自我发现和自主建构，促进学生物理观念的形成，通过探究光的反射规律中三线空间位置关系，让学生经历光的反射空间模型构建和审辨过程，发展学生科学思维能力.
关键词：物理规律，核心素养，自主建构，物理模型
文章编号：1008-4134（2020）08-0043 ? ?中图分类号：G633.7 ? ?文獻标识码：B
中学物理是以基本概念和基本规律为主干而构成的一个完整体系，其中基本概念是基石，基本规律是核心，基本方法是纽带.物理规律是物理知识教学的核心内容，同时也是培养学生学科核心素养的重要载体.
下面以粤沪版初中物理八年级“探究光的反射规律”教学为例，谈谈在物理规律教学中培养学生学科核心素养的做法.
1 创设需求，自主发现，促进学生物理观念的形成
爱因斯坦《物理学的进化》指出“在建立一个物理学理论时，基本观念起到了最主要的作用，物理书上充满了复杂的数学公式，但是所有的物理理论都起源于思想和观念，而不是公式.” 物理观念与物理知识有密切联系，相互作用、相互影响，物理观念的形成，要以物理知识学习和内化为前提，同时又超越知识，知识往往容易遗忘，但相应的物理观念却往往长存于学生的头脑中.
在“探究光的反射规律”教学中，法线是其中一个重要的概念，它反映入射光线与反射光线空间的对称关系，如何引入”法线”，让学生明白引入“法线”的意义，是对光的反射具有空间对称这一重要物理观念形成的关键.
在传统的教学中，教师往往对“法线”教学重视不足，通常教学是列举生活实例，引出光的反射现象，然后介绍入射光线、反射光线、法线、入射角以及反射角等五个概念，这样的教学直接、效率也高，但这种告知方式的教学，显得生硬.教学之余，教师有困惑，学生真的明白法线的内涵吗？学生也对“法线”知其然，不知所以然.如何创设需求，促进学生对“法线”的自我发现，自主建构？为此，我们采取如下教学.
1.1 教师演示，感知光的反射现象
教师利用激光笔、平面镜在黑板上演示光的反射，学生观察演示，教师介绍光的反射含义，介绍入射光线、反射光线和镜面.
1.2 学生体验，定性了解光的反射
如图1所示，学生根据提供的实验器材，动手实验，观察光的反射现象，教师引导学生，改变入射光线与镜面的夹角，再观察反射光线的变化，目的是让学生定性了解反射光线与镜面的夹角会随着入射光线与镜面夹角的变化而变化.
1.3 光路作图，创设需求，自主发现“法线”
根据刚才实验，教师请同学们用带箭头的实线表示入射光线和反射光线，在白纸上画出光路图，如图2所示.教师引导学生，同一入射点，改变入射光线方向，在白纸上再画两组光路图，引导学生观察三组入射光线和反射光线位置特点，学生很快发现入射光线和反射光线可能有对称特点，教师引导学生在刚才实验白纸上画出过入射点，垂直镜面的轴线，并将白纸沿着轴线对折，学生发现入射光线和反射光线位置重合，验证了反射光线与入射光线对称特点.为了清晰反映这种对称关系，我们把过入射点，垂直镜面的轴线称为法线.进而介绍入射角、反射角概念，引导学生进一步探究反射角与入射角相等关系.
到目前为止，学生在平面上认识法线，实际上，法线也是一个空间概念，学生对法线的认识，需要一个由浅入深的过程，对此，在下一步探究三线空间位置关系时，将进一步引导学生深化对法线概念的认识.
2 模型构建，探究三线空间关系，发展学生科学思维
通过前面光的反射探究，学生们知道入射光线、反射光线、法线、入射角以及反射角等概念，了解到反射光线与入射光线关于法线的对称特点，在这个基础上，如何引导学生进一步探究反射光线、入射光线和法线的空间位置关系？传统教学中，教师常常先展示如图3所示实验装置，然后进行演示实验或学生分组实验教学探究三线位置关系.这种教学简单、直接，缺少问题情境的创设，知识学习缺乏必要的逻辑衔接，学生主动探究热情不足.
建构主义理论认为：学生的学习是一个积极主动的建构过程，教师要为学生创设良好的学习环境，设置适当问题情境，引发学生的认知冲突，激发学生探究的热情.为此，我们进行了如下的教学改进.
2.1 化虚为实，尝试光的反射模型建构
在前面学习基础上，请学生用三条长竹签条分别代表入射光线、反射光线和法线，用泡沫薄板代替平面镜，模拟光的反射，如图4所示.
2.2 交流展示，提出三线空间位置关系问题
教师展示学生模拟光的反射模型，请学生观察、比较不同组同学构建模型的异同.教师注意引导学生比较法线的方向，引导学生进一步认识法线是通过入射点，垂直于镜面的一条空间直线.实验中，多数学生注意到反射角和入射角相等关系，而不少学生也发现，有的组同学三线在同一平面，但有的组同学三线不在同一平面上.反射光线、入射光线、法线在空间上究竟有怎样的位置关系呢？学生带着疑问，进入下一步的探究环节.
2.3 自制实验教具，探索三线空间位置关系
为了让学生直观观察反射光线、入射光线和法线三线的空间位置关系，教师自制如图5所示光的反射实验立体演示教具，引导学生观察.根据观察情况，学生不难猜想到，反射光线、入射光线和法线在空间上有共面关系.再利用图3实验装置，教师引导学生进一步实验探究，得出三线空间位置关系.
2.4 矫正模型，深化对三线空间位置关系认识
请学生重新观察刚才小组构建的光的反射模型，对错误之处进行矫正，进一步深化对反射光线、入射光线和法线三线空间位置关系的认识.
3 结束语
本文以粤沪版初中物理八年级“探究光的反射规律”教学为例，探索基于学生学科素养培养的物理规律教学，在“法线”的教学环节中，尊重学生已有的知识和经验，突出学生对“法线”的自我发现和自主建构，引导学生对“法线”知识的理解和内化，促进学生正确物理观念的形成.在探究光的反射中三线空间位置关系时，教师让学生经历光的反射空间模型构建和审辨过程，创新探究环节，创新实验装置，培养学生空间想象能力和建模能力，发展学生科学思维能力.
参考文献：
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（收稿日期：2020-02-20）
