摘要
生活的感受，实验的体验、理论的提升是物理学科进步的过程，也是培养学生核心素养的依据。对光的折射从定性到定量的研究中，利用科学家研究问题的策略，构建科学思维方式，定义解释实验现象的新概念，体验科学发现的乐趣，成为知识、思维的拥有者。
［关键词］体验,创造活动,科学思维
《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》在关于社会责任素养的描述中提出，学生应能够以造福人类的态度和价值观，积极运用物理学知识和方法，关注生活现象，设计实验验证理论设想，成为物理理论的创造者和发现者。责任意识的形成和责任行为能力的提升需要在真实情境中发生。当前，光学理论研究及科技应用，达到了空前的高度，高中生应了解目前光学现状，积极开创光学的新时代。笔者在实施“光的折射”一节的教学时，引导学生追随科学家的脚步，构建科学思维方式。
一、教学内容及教学设计思想
光照亮了人间，如果没有光，世界将一片漆黑。我们有必要了解光，认知光学原理，解释光学现象，进而开创新的应用。光的折射是几何光学的基础，也是学生相对熟悉的知识，折射率是光产生折射的原因。笔者在全程教学活动中，力求通过教师的引导，让学生分组实验体验折射角、入射角的测量，回味其定性关系，追随科学家的脚步寻求其定量关系，明确了折射率的定义及其物理意义。
在教师的点拨下逐步领会科学规律发现的思想方法和研究方法，并用这些方法进行学习活动。在学生的学习过程中，教师顺应科学家思维建立起一种新的经验结构。学生始终处于“发现者”的地位，将学习活动变成一种创造活动，从中体验科学发现的乐趣，享受成功的喜悦，最终成为知识和思维的“拥有者”。学生分组实验，观察入射角发生改变时的折射情况，改变光路方向，比较折射角和入射角，得出定性结论；再通过分析实验数据，发现特点和规律，得出定量结论，概括总结得出折射定律，然后提出折射率的定义。实验演示让学生有直观的感觉和视觉冲击，以轻松解决理解误区的难点；通过亲自动手操作，探究过程中，追随科学家的脚步，从而培养学生科学思维和科学探究能力。
二、教学活动设计与实施
（一）教学背景分析
1.教材分析
选择性必修一第四章“光”是物理学的一个重要分支，并在实际中有着广泛应用。本节课对光的折射进行定量研究，通过实验使学生理解折射定律并定义了折射率，重在挖掘隐藏在光学现象背后的道理和规律，再上升为理论。光的折射定律和折射率是分析全反射的前提。所以“光的折射”是本章的重点内容，需要学生真正理解进而顺利地应用。
2.学情分析
（1）学生已有的知识和经验：学生对本节内容涉及的光学现象（光的反射、光的折射）比较熟悉，但对于隐藏其后的原理难以理解。学生头脑中“光沿直线传播”的认识是根深蒂固的，认为“光线”是真实存在的。
（2）通过前测题反映出学生遇到的问题和可能遇到的问题：当发生折射时，入射角一定大于折射角吗？折射光线和入射光线、法线是否真实存在？介质密度越大，光在其中的传播速度越大吗？
（二）引课
本节以“水中倒影”回忆反射，以水中铅笔“折断”和“头身分离”作为引入问题，引出折射现象，提出问题，培养学生的科学探究能力。
熟悉实验器材操作，并观察光从空气到玻璃的光路图—观察入射光线和反射光线，回忆光的反射定律。
【前测反馈中，有5个同学不能准确地标注入射角、反射角、折射角的位置，不确定光线是否真实存在，绝大部分同学不能说出反射角和入射角的物理意义】
反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面上；
反射光线和入射光线分别位于法线两侧；
反射角等于入射角。
注：（1）反射光线、入射光线是模型，不真实存在；
（2）反射角和入射角—表明光线的方向；
（3）光路可逆。
（三）正课
1.主题1：折射定律—用契合科学家的思维过程研究问题，也符合研究问题的逻辑，加强了追寻物理量关系的能力，增强学生的自信。
（1）共同观察光从空气到玻璃入射和光从玻璃到空气入射两种情境，对比入射角和折射角的大小关系（见图1）。
【前测反馈中，50%的同学认为入射角一定大于折射角，认为光路一定是从空气射入玻璃】
（2）分组实验，观察光的折射现象；体会测量入射角、折射角—会测量入射角、折射角，为“测玻璃砖的折射率”实验铺垫。
（3）通过观察，发现入射角增大（减小），折射角增大（减小）—定性关系；
（4）给出测量的三种介质（玻璃、水、油）的折射记录，寻求定量关系。
①猜想i—r定量关系
【托勒密■出折射角与入射角成正比—实验测定入射角与折射角关系的第一人，求出具有单位半径的圆中弧与所对应的弦长数字，并巧妙地用数学方法编制了表，相当于现代的正弦三角表。】
②猜想i2—r3、i2—r等定量关系
【开普勒■出托勒密结论是不正确的，分情况修正，但没有给出正确的折射定律】
③通过长度到三角函数
【斯涅耳通过实验精确确定了入射角与折射角的余割之比为一个常数】
④入射角、折射角正弦三角函数正比关系
【笛卡尔在《折光学》一书中首次公布了具有现代形式正弦之比的规律】
折射定律：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内；
折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；
入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。
2.主题2：折射率n—进一步对比不同介质入射角和折射角的正弦比值，提出折射率的概念。
（1）折射率的定义：常数与介质有关，反应介质的光学性质的物理量。
光从真空（空气）射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，即这种介质的折射率。
（2）以实例入手，简单解读折射率与传播速度的关系。
例：光纤的参数要求是每1000公里，延时5毫秒。
v=x/t=2×108m/s,玻璃的折射率近似1.5，恰好吻合n=。
进一步观察表格中酒精和水的折射率，密度大的水折射率小，解决了学生关于密度与折射率正相关的疑惑。
（3）以光从玻璃到空气入射的情境为例，进一步解读折射率的定义
总结：无论什么情境，折射率的定义都是大角的正弦值比小角的正弦值，与入射角和折射角无关。进而得出折射率大于1的结论。
3.主题3：用折射解释生活中的现象，进一步理解折射定律。
例1：请画出光路图说明：人看水底的鱼和鱼看岸上的人，看到的像的位置都比实际位置偏高。图中用点代表鱼或人，且已经画出了一条光线（见图2）。
（四）学习总结
1.（1）在两种介质的分界面发生折射现象；
（2）入射角可以小于折射角（yw光从玻璃到空气）；
（3）人眼总是认为光线是沿直线传播的。
注：①光是一种波动现象，折射率由介质本身和光频率决定。
②不同的介质折射率也不同，这是折射现象产生的原因。
③一般来说，常规（电磁）介质折射率都大于1。
2．（选学部分）介质的折射率n取决于介质本身和光的频率，当光从空气进入介质时，
，学有余力的同学，可以阅读教材第66页“拓展空间”：若把“空气”作为“介质1”，“介质”作为“介质2”，这个式子可以从特殊推广到一般去，即把n看作
，有
。
（五）学习后测—测试本节课的学习内容，铺垫下节课“全反射”
例2：光从折射率为n＝
的玻璃射入空气。
（1）如果折射角r1=60°,求入射角i1？—正确理解折射率定义
（2）如果入射角i2=60°,能否求出折射角？—为“全反射”做铺垫
答案：
三、教学体会与反思
科学思维方式的构建是物理学习主要目的。首先，主要体现在学生观察实验现象，根据数据猜想，按照科学家的思维寻求折射角和入射角的定量关系，进而完善折射规律，并定义了折射率n，同时解决了前测题中学生的易错点和疑难点；其次，学生通过实验、猜想、验证、理论总结的过程，提高了科学思维和科学探究的能力；课堂中提出问题、分析问题与解决问题充分利用实验数据，教师讲解与学生活动相结合，使学生从中获得学习的方法与知识。最后，教师精心设计学习活动，让学生通过亲自动手操作，在探究过程中追随科学家的脚步，从而培养学生科学思维和科学探究能力。这样才能培养学生的创造性，埋下创造新理论的萌芽，为科技创新打好坚实基础，并维持创造的热情。
1.光总是沿直线传播？
2.光的反射现象发生于什么情境下？
3.标明入射角、反射角、折射角。
4.入射角一定大于折射角吗？
5.入射角、反射角、折射角的物理意义是什么？
6.光线、法线是不是真实存在？
7.同一频率的光在不同介质中传播速度相同吗？
8.不同频率的光在同一介质中传播速度相同吗？
9.介质密度越大，光在其中的传播速度越大吗？
参考文献：
[1]王世元.教育文化构建的人性基础[M].北京：北京师范大学出版社,2016.
[2]李志强.初高中物理教学衔接之管见[J].河北理科教学研究,
2008(2):26-30.
[3]袁海江.高中物理新课标教材的几大特色[M].南宁：广西教育出版社,1996.
“产出导向法”是文秋芳教授创建的旨在改进中... 详细>>
如何设计有效的环境治理政策, 是学术界和政策... 详细>>
