趙朋

摘 要：本文介紹蘇科版《光的反射》教學難點的講授方法，教學設(shè)計中注意滲入立體幾何的知識，注意用紅色和綠色的激光儀改進實驗演示的效果。

關(guān)鍵詞：蘇科版；光的反射；立體幾何；紅色和綠色激光

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）12-0058-2

《光的反射》這一節(jié)內(nèi)容是蘇科版第三章《光現(xiàn)象》的最后一節(jié)，學生學完這一節(jié)，基本可以對部分光現(xiàn)象有自己的認識，可以解釋一些現(xiàn)象。比如：人眼能看到自身發(fā)光的物體，人眼能夠看到發(fā)光物體在平面鏡中的像，人眼還能從不同方向看到本身不發(fā)光的物體，人眼還能看到不發(fā)光的物體在平面鏡中的像。前面幾節(jié)內(nèi)容，主要是對于現(xiàn)象的一些認識，所以這一章的標題叫做《光現(xiàn)象》，這一節(jié)是對前面內(nèi)容的一個很好的總結(jié)，也解決了之前的一些疑惑。從物理現(xiàn)象學到了物理規(guī)律，從認識“是什么”到理解“為什么”，這就是這一節(jié)內(nèi)容在本章的地位。然而，對于光的反射規(guī)律的探究，筆者感覺教材上的實驗設(shè)計存在一些不足，也對教材內(nèi)容進行了一些思考，只要理清兩個問題，難點也就突破了。

1 為什么要引入“法線”

蘇科版教材是以信息快遞的方式呈現(xiàn)了法線的概念，法線：過入射點并垂直于鏡面的直線。在備課過程中，筆者對于法線的認識也經(jīng)歷了從粗淺到深入的過程，現(xiàn)在就簡單談?wù)劰P者的認識過程：

觀點一：法線的引入是為了研究反射角和入射角的關(guān)系，是為了便于表述反射定律，反射定律中的三線共面，兩線分居都直接涉及了法線，等角也間接用到了法線，沒有法線，要如何表述光的反射定律呢？這種認識，雖然膚淺，但筆者在多年的教學中基本也是這樣認為的。

觀點二：立體幾何使我們了解，有交點的兩條直線一定共面，那么只討論反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)就沒有意義。所以引入法線，三線共面才能表述，才能確定入射光線和反射光線在空間的位置。如圖1，紙板1的三線位置關(guān)系也是完全符合光的反射定律的，三線共面，兩線分居法線兩側(cè)，等角。但是，這樣的法線位置是不符合事實的，肯定也是錯的。也說明了一點，法線的概念引出不是角平分線，不是為了研究角度關(guān)系而得出的。

觀點三：物理定律的表述方式不是唯一的，比如說牛頓定律在初中物理教材、高中物理教材和大學物理中的表述是有差異的，這種差異是為了符合不同知識儲備的學生的認知規(guī)律。筆者覺得反射規(guī)律如果在高中物理課本中出現(xiàn)，就可以不需要引入法線的概念了，所以法線這個概念只是為了符合不具備立體幾何知識的初中學生的認知規(guī)律而引入的。實際上光的反射定律有三種表述，分別是標量表述、矢量表述和矩陣表述。標量表述就是我們所熟知的表述，矢量表述更加精確地表述了光在空間的反射特點，矩陣表述更加適合于計算機對于光路的精確運算。

但是，如果沒有法線，還能準確表述反射定律嗎？可以，沒有法線的反射定律可以這樣表述：反射光線和界面的夾角等于入射光線和界面的夾角，反射光線和入射光線所在的平面與界面垂直。我們初中階段學習反射定律還不具備面與面垂直的概念，所以認知有困難。教材采用了一個折中的方法，用法線來確定垂直于界面的這個平面。雖然線與面的垂直也屬于立體幾何的內(nèi)容，但是對于初中學生而言比面與面的垂直容易理解，既符合了學生的認知又準確表述了光的反射定律。

所以，法線的意思在于固定了反射光線和入射光線所在的平面與界面垂直。課本中法線的介紹就是從反射光線和入射光線重合這個特殊位置開始的。符合學生的認知規(guī)律，自然給出了法線的概念。

2 “反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)”如何突破

“三線共面”按照科學探究的一般步驟，學生要先猜想，后設(shè)計實驗探究，最后小組合作、交流得出“三線共面”。但是，受制于學生的幾何知識，學生的平面幾何知識不足以讓學生跳出平面到空間角度去思考，所以猜想一般是假猜想。教材的處理比較巧妙，相當于反證法，翻折紙板沒有看見反射光線，只有兩側(cè)紙板在同一平面內(nèi)時，才能看到反射光線，所以“三線共面”。實際上這樣的探究最多可以算是驗證實驗，學生也會覺得莫名其妙，不知所以，僅僅記得了結(jié)論。

筆者的想法是，三線共面需要先感知，讓他們看到三條線，但是入射光線和反射光線通過煙霧可以觀察到（如圖2），法線本身就是一條輔助線，實際并不存在，是為了研究光的反射現(xiàn)象而定義的一條垂直于鏡面的直線，如何才能讓同學們看到法線呢？我們讓一束紅色激光垂直于鏡面照射，這時候入射光線和反射光線重合，這束重合的光線雖然不是法線，但正是法線所在的位置，完全可以代替法線。有了法線，我們再用一束綠光射向同一個入射點，又看到了入射光線和反射光線（如圖2）。

初中學生由于不具備立體幾何的知識，他們對于三線共面的認識只能依靠經(jīng)驗。所以，為了加深學生的認識，老師用PVC管模擬了反射光線、入射光線和法線（如圖3）。當老師緩慢轉(zhuǎn)動時，通過某個角度觀察時，你總能看到三條“光線”似乎匯合為一條“光線”，說明了這三條“光線”在同一平面內(nèi)。然后，進一步通過生活經(jīng)驗，使同學們了解到，共面的三條線從側(cè)面某個角度觀察會只看到一條線，從而證明反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。這樣的處理方法避開了由于學生立體幾何知識的欠缺所導致的假探究，又很好地處理了“三線共面”的難點。

（欄目編輯 王柏廬）