13.2 全反射 教学设计

《全反射》教学设计
【教材分析】
“全反射”是人教版高中物理教材选修3-4第十三章第七节的内容，是几何光学的一个重要知识点。本节课的内容涉及直线传播、反射、折射的知识，从本质上进一步理解和应用折射定律和折射率，让学生有效体会和熟练应用光路可逆知识解决光的传播问题。所以全反射既是新知识的学习，又是对前面所学知识的巩固和深化。
同时，全反射现象与生活和现代科技联系紧密，实现了课堂知识走向课外、走向生产、走向科技，所以学习这部分知识有着重要的现实意义。
【设计理念】
本节课始终贯穿“以学生为中心”的思想展开设计，具体突出在两方面：
1、设疑法导入新课
从心理学的角度来分析，正常情况下学生的心理处于一种平衡的状态。当运用原有的知识经验不能对新的观点、现象进行解释或运用原来的方法对新的问题、困难不能解决时，也就产生了认知冲突，打破了原来的平衡状态。当人心理失去平衡时，本能地会产生一种平衡的需求，从学习的意义上讲，就会产生新的学习需要。这样学生全身心的潜能得到调动和挖掘，全身心投入，通过多种方式来建立心理平衡。所以引入“全反射”知识之前，我设计让学生用已学的知识解题。在此过程，学生遇到不能解决的问题，引发了认知冲突，激发学生对新学内容的兴趣，使学生产生了内在学习动机。那么，在下面整节课的学习中，学生会注意力集中，主动积极地投入到新知识的学习之中，满足自己的需求，实现内心的平衡。
2、自主、合作探究“全反射”发生的条件
由于本节课是概念和规律的教学，应该基于学生的认知规律和生活经验，宜采用直观、感性的实验归纳，避免向学生灌输物理概念和原理。依据建构主义的学习理论强调的“一个人要获得一种同现实十分一致的建构体系绝非轻而易举，要经过大量的探索和试误过程”。所以本节课主要采用“自主、合作、探究”型教学模式。以问题为起点，以自主探究为轴心开展教学，力求使学生主动建构知识与技能，提升情感、态度与价值观。换句话说，整个课堂由学生质疑、思考、设计、探索、协作，充分体现学生学习的主体地位。教师引导、帮助、参与、评价，让学生充分发挥主动探究的积极性，引导学生在合作探究、小组讨论的过程中自主建构全反射形成的条件，并且鼓励学生用充满物理智慧的眼睛去发掘大自然和生活中的物理现象，发现规律。这个过程中，教师仅仅是学生学习的引导者、促进者和帮助者。
【教学目标】
知识与技能
1、理解光的全反射；
2、掌握临界角的概念、表达式和发生全反射的条件；
3、了解全反射现象的应用。
过程与方法
1、通过观察演示实验，理解光的全反射现象，培养学生的观察能力；
2、通过自主探究实验，培养实验设计、动手操作能力；通过实验结果归纳全反射发生的条件，培养学生总结归纳的能力；
3、通过对现代科技中全反射现象应用的解释和自然界中全反射现象的讨论，培养学生透过现象分析本质的能力和分析推理能力。
情感、态度与价值观
1、在问题解决过程中发现问题，激发学生学习的热情与求知的欲望；
2、通过介绍全反射现象的应用，帮助学生了解物理知识与现代科技的密切关系，引导学生探究生活问题、探索真理的理念;
3、让学生发掘大自然中的物理现象，领略物理之美；体会生活中处处蕴含物理知识，物理就在身边，从而进一步培养学生学习物理的兴趣。
【重难点】
1、重点：临界角的概念及表达式、全反射的条件、全反射的应用；
2、难点：全反射的条件、全反射的应用。
【教法学法】
学情分析
① 学生的知识背景：学生已经学过光的直线传播、反射、折射及光路可逆性知识，对折射率也已经有了初步的了解。
② 学生的能力背景：好奇心强、对实验有浓厚的兴趣，具有一定的观察力和分析推理能力，具备了自己动手进行简单实验的技能。
③ 不利因素：独立探究问题的能力不够，不善于抓住问题的本质，需要教师的引导和指点。
2、教学方法
以启发式教学、建构主义为指导思想，采用了：
① 设疑法：设置障碍问题引发认知冲突，调动学生内在学习动机，促使学生主动学习；
② 演示实验：真实呈现实验现象，有充分的可信度，引导学生注意观察分析现象，视觉冲击加深理解；
③ 自主探究实验：教师用问题引导学生实验探究，学生分组实验、设计实验方案进行探究；
讲授、讨论结合——教师讲授结合学生讨论，帮助内化新知识。
【教学仪器】
激光发生器、水、牛奶、鱼缸、蚊香、打火机、半圆形玻璃砖、激光笔、透明玻璃杯、色拉油、光纤饰品、多媒体课件
【教学过程】
导学 内容 教师活动 学生活动 设计意图

新课
导入（4-5分钟）
【回顾性问题】一束平行光从空气斜射入玻璃，在两介质的分界面会发生什么现象？这些光线满足什么关系？
【设疑问题】光从水射入空气，入射角从48.8°继续递增，折射角如何变化？ 学生集体回答教师提出的回顾性问题；
学生尝试解答问题，会有不同的猜想答案。 温习与新课有关的知识，为本节课的学习作铺垫；
问题障碍引发认知冲突，激发学生内在学习动机；培养学生根据经验和已有知识提出猜想的能力。

新课
教学
（5-6分钟） 【演示实验】演示激光从水中射向空气的实验，实验处理：先点燃蚊香使鱼缸内弥漫烟雾；再倒入水，加入少许牛奶，便于观察；
引导学生注意观察反射角和折射角及其光线强弱的变化。
【教师讲解】对照实验现象引入全反射和临界角概念，要求学生推导光从介质进入真空中的临界角公式。 学生注意观察现象，对前面提出的问题有了感性认识，同时验证了自己刚才的猜想是否符合事实。
学生观察、聆听，理解全反射现象和临界角概念；推导真空中临界角的计算公式：sin C=1/n 演示实验具有充分的可信度，吸引学生眼球，调动了学生的眼、耳感官，加深理解全反射现象和临界角；同时培养学生的观察能力和分析推理能力；
学生自己推导公式，避免对公式的死记硬背。

引导自主探究实验
（2分钟） 【问题引导】如果光从空气进入水中，能发生全反射现象吗？那么任意两种介质，在什么条件下能够产生光的全反射现象？
【提示】光从空气射入水中不能发生全反射，而演示实验中使用完全相同的两个介质，全反射却发生了，两者的区别在哪，设计实验要注意什么？
【表格展示】常见物质的折射率数值表。 学生认真思考，提出猜想。
问题引导和提示学生设计实验方案进行探究；
给学生提供探究实验所需要的信息。
学生分组实验
(7-8分钟） 将学生分组，提供实验器材：半圆形玻璃砖、激光笔、透明玻璃杯、水、色拉油；老师给予适当的引导、提示后要求学生自主实验；巡视学生实验，适时给予学生指导、帮助。 学生根据自己的猜想设计、交流、实施实验方案，如实记录实验现象。 培养学生实验设计、动手操作和交流合作能力。

实验归纳
(6-7分钟） 【引导归纳】对照常见物质的折射率，结合学生的实验结果，引出光疏介质与光密介质的概念，引导大家归纳出全反射发生的两个条件。
【强调】从几组实验结果不能得到普遍结论，前人大量的实验验证了这一结论，理论也证明了这一结论。 每组代表陈述自己小组的实验结果；归纳全反射的条件。
培养学生归纳总结能力；全反射条件是重难点，学生自主探究，突出重点、突破难点。
知识运用
(4-5分钟） 【图片展示】彩灯喷泉
【问题】为什么只能在水面上一个小的圆形范围内看到灯光？如果灯离水面距离1米，则圆形面积为多大？
帮助学生建立物理模型，画出光路图。 学生思考讨论，尝试画光路图、解释现象、计算解题。 指导学生从实际生活中抽象出物理模型，让学生学会运用知识解决物理问题。

知识应用拓展
(10分钟） 【实物展示】光纤饰品
【教师讲解】光纤结构
【Flash演示】 光在光纤内的传播路径
【教师讲解】光纤各领域的应用
【提问】生活中还有哪些地方利用了光的全反射原理？
【图片展示】水中闪亮的气泡、耀眼的钻石、仙境般的海市蜃楼 学生感受光纤饰品的美丽；思考讨论光纤导光的原理；观察实验现象。
思考讨论其他应用，如：胃镜、彩灯喷泉等。
学生欣赏，联想自己的身边的物理现象。 培养学生运用知识的能力，帮助学生了解物理知识与现代科技的密切关系，关注现代科技的飞速发展；
领略物理之美；提高学生学习物理的兴趣。
课堂总结
（3分钟） 引导学生回顾课开始提出问题，总结本节课主要知识点。
【布置作业】
（1）课后习题3、5；
（2）通过查阅资料，结合全反射知识解释海市蜃楼的形成原因 学生解答课开始遇到的问题障碍，回顾知识；
完成作业，课后交流讨论海市蜃楼形成原理。 建构完整的知识系统；
课后巩固知识；同时培养学生搜集信息、自主学习能力，形成交流讨论的学习氛围。
【板书设计】
第七节 全反射
1、全反射定义：光由光密介质射向光疏介质，当入射角增大到某一角度，折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。
2、临界角：折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C 表示；
当光从介质进入真空中时：Sin C=1/n
3、全反射条件：①光从光密介质进入光疏介质
②入射角等于或大于临界角
4、全反射应用：光导纤维、全反射棱镜、胃镜、自行车尾灯
【教学反省】
1、注重启发式教学，发挥学生的主体性。通过设置问题障碍引发学生认知冲突，导入新课学习，然后由学生分组进行科学探究活动，自主地进行实验研究。通过精心设计的启发性的问题，从学生已有的认知结构出发，启发学生的思考，使学生始终处于积极思考探索的学习活动中完成对全反射的相关知识的建构。
2、物理知识来源于生活，最终又服务于生活。本节课在学习物理原理后，让学生了解全反射在现代科技和现实生活中的应用，引导学生用物理知识来解决生活中的问题、发现大自然的物理之美，让学生体会到物理就在身边，感受到物理的趣味和价值，体验到物理的魅力，进一步激发学生学习物理的兴趣。