教学案例：当光从水中射入空气时

教学案例：当光从水中射入空气时 当光从水中射入空气时 【导言】 当光从空气斜射入水中时,折射光线将会朝靠近法线的方向偏折,即折射角会小于入射角。如果再问你,当光从水中斜射入空气时,折射光线将会向哪个方向偏折呢,你会作出怎样的回答呢,你也许会觉得这个问题太简单了,那不是倒一下,即折射光线将朝远离法线的方向偏折吗,但要明白,你在回答问题时你早已经知道了答案。但在一个初学者看来,这个问题也那么简单吗, 【案情】 今天，姚老师在上初一下《科学》第一章中“光的折射”这一课题，她先做了一个实验:让光从空气斜射入半圆形玻璃砖的平面上，学生看到光进入玻璃砖时，在玻璃砖和空气的分界面，光路发生了偏折，折射角小于入射角，如图1所示。然后将这一现象进行拓广，指出:光从空气进入水内，也会出现同样的现象，像这种光从一种物质进入另一种物质后，光路发生偏折的现象，叫做光的折射。在这一基础上，姚老师又问学生:如果让光从水中斜射到空气(如图2)，光路将会发生怎样的变化呢,并要求学生进行猜测，把猜测的结果画在图上。 空气 水 图1 图2 光从空气斜射入水中，折射角会小于入射角。那么，光从水中斜射入空气中时，折射角当然是大于入射角了。这么简单的事情，还有必要让学生去做一遍吗,我到学生中转了一圈，却发现在教师看来是如此简单的问题，在学生看来却并不那么简单。学生中出现的画法有三种，如图3所示。 空气 空气 空气 水 水 水 甲 乙 丙 图3 学生为什么会出现那么多的画法,他们在画图时头脑里究竟是怎样想的,能够画出正确的光路(如图3乙)的学生是否真的就掌握了相关的知识,带着这些问 题，我与学生进行了晤谈。 我走近一个画出甲图的学生，问:你为什么将折射光线靠近法线方向呢,学生回答:光从一种物质进入另一种物质时会发生折射，所以会向法线方向偏折。噢～原来他将光的折射局限地理解为折射光线向法线靠近，这叫以偏概全。 学生画出的乙图显然是正确的，但是，这些学生真的都懂了吗,带着这个问题，我又走近一位画出乙图的学生，问:你为什么将折射光线画成偏离法线呢,学生回答:从光从空气射入水中时，光线会靠近法线，现在光是从水中射向空气，当然会偏离法线罗。他回答得不错，但我没有罢休，进一步追问:为什么光从水中射向空气时，光线就会偏离法线，而不是像刚才那样靠近法线呢,这个问题把学生逼到了绝路，因为学生确实缺乏足够的依据。他作出这个判断依靠的是直觉。虽然这个直觉是正确的，但在许多情况下，直觉却是不可靠的，需要进一步的严格的证明和检验。虽然学生在学习光的反射知识时知道，光的反射现象中光路是可逆的，但在光的折射现象中，光路是否也是可逆却并不清楚。所以，面对我的问题，这位学生想了想，一笑，摇摇头说:还是不懂。看来，即使得到了正确的答案，也不一定真懂。 画出丙图的学生只是少数几个，我也上去问了其中的一位:光从空气斜射入水中时会发生偏折，光从水中射入空气中时为什么是笔直的呢,学生回答:光从空气射到水中时会发生折射，所以光线会弯折，但光从水中射向空气时，是否也会发生折射我不清楚，所以我没把光线画成弯折了～他说的也蛮实在。其实，大家都没有足够的依据，无论画对画错，都有猜测的成分。 【反思与评析】 这就是学生,这就是初学者,我们不能将一个专家认为显然的结论简单地强加给初学者,也不能用一个专家的标准要求初学者。所以,为了使学生确认光从某种物质斜射入真空或空气中时,折射光线将会向远离法线的方向偏折,进而认识在折射现象中,光路也是可逆的,仅仅做一下光从空气进入玻璃砖的实验是不够的。如果我们用光路可逆的原理去推出结论也是因果颠倒的。一个可取的选择是,在开始的演示折射现象时,不用半圆形玻璃砖,而是用方形玻璃砖。方法如下, 如图4,当光从空气斜射入方形玻璃砖时,光透过后将发生平行地侧移。这样,学生可看到,在第一个界面上,光从空气斜射入玻璃，,光 线发生的偏折是,折射光线靠近法线方向,折射角小于入 射角。而在第二个界面上,光从玻璃斜射入空气，,光线发 生的偏折是,折射光线远离法线方向,折射角大于入射角。 这个案例启示我们,学生对世界往往有自己的想法, 虽然其中有些想法是错误的,但在他们看来却是合理的。 科学教育必须走近学生,真切地了解学生的各种可能的想 法。教学策略只有针对学生的实际,才能收到满意的效果。 图4 ,郑青岳，