探究光的反射规律
——实验的创新与改进
迟鸿贞
一、使用教材
人民教育出版社 义务教育教科书 物理 八年级上册 第四章 第二节 光的反射
二、实验器材
自制演示教具：自制透明圆桶，转台，平面镜，激光笔，檀香；贴有彩条的透明板，
长手柄厚三角板，刻有量角器的塑料板，长毛衣针
学生活动教具：泡沫板，三根竹签，立体小三角，半圆量角器
学生实验教具：激光笔，小平面镜，光的反射实验仪
三、实验创新及改进要点
探究光的反射规律传统教具是通过扩束器将点状激光光源变为直线光束，法线直接给出，实验过程更像是验证而非探究。
本教具创新点：
（1）采用激光笔的点状光源，通过烟室呈现清晰的光路。
（2）烟室可旋转，便于学生多角度观察反射光路，可直接观察到反射光线、入射光线在同一平面内。
（3）烟室做成圆桶形，可通过旋转桶盖改变入射光的方向，便于学生观察多种入射情况下的反射光路。
（4）通过改变镜面放置的倾斜角度，便于学生观察反射面变化时的反射光路。
（5）变无形为有形：将两条光线所在的平面以实物形式标记出来，便于进一步观察和研究该面与镜面的位置关系。
（6）改变传统教学中直接给出法线的做法，通过观察引入对称轴，用量角器测量角度，然后保证入射点不变，改变入射的角度，通过观察量角器的读数，发现对称轴不变，从而意识到对称轴的重要性，引入法线的概念。
（7）可将学生的竹签光路模型放入烟室进行检验。
四、实验设计思路
（1）让学生利用手电筒和平面镜体验反射现象，利用竹签和泡沫板初步建立一个反射光路模型。
（2）利用旋转烟室展示反射光路：
①同一束入射光，多角度观察
②入射光的方向改变，再次观察
③镜面倾斜，再次观察
发现各种情况下，反射光线和入射光线都在一个平面内。
（3）在立体空间中标记出两条光线所在的平面，并利用三角板检测这个面与镜面的垂直关系。
（4）在平面中标记出对称轴，利用量角器测量角度。
（5）保证入射点不变，多次改变入射角度，通过量角器的读数，发现对称轴不变，体会对称轴的重要性。
（6）观察总结对称轴与镜面的位置关系，引入法线概念，同时介绍入射角和反射角。
（7）学生根据反射光路的特点，修正竹签光路模型，体会法线的作用，并利用烟室进行光路检验。
（8）通过学生表述竹签光路模型的修正过程，总结出反射定律。
五、实验教学目标
（1）观察多种情况下的反射光路，让学生知道反射光线和入射光线所在的平面是垂直于镜面的，知道法线过入射点且垂直于镜面，反射光线和入射光线关于法线对称，从而培养学生发现问题、提出猜想、实验探究、获取证据，准确表述的实验探究能力。
（2）在模型的建立与修正过程中，让学生体会法线在确定反射光线所在平面的过程中有重要作用，发展学生模型建构的科学思维，培养学生严谨的科学态度，从而体现对学生物理学科核心素养的培养。
（3）通过模型修正，培养学生与他人合作的科学态度，通过模型验证，使学生获得成功的体验。
六、实验教学内容
学生活动1：利用竹签在泡沫板上初步建立一个反射光路模型，反映学生的前认知
演示实验1：全方位演示多种反射光路
①同一束入射光，多角度观察
②入射光的方向改变，再次观察
③镜面倾斜，再次观察
演示实验2：变无形为有形，将面呈现出来；证明该平面垂直于反射面
演示实验3：轴对称关系的演示与证明，凸显法线的作用
学生活动2：根据反射特点，修正竹签反射光路模型（反映新认知）
学生活动3：验证反射模型是否正确。
七、实验教学过程
（一）设置情境，引发猜想
设置情境：播放塔式太阳能电站视频，发现定日镜要随时根据太阳光的方向调整角度，使得反射光始终照到塔顶的接受装置上。
让学生利用手电筒和平面镜模拟定日镜的调节，体验反射现象，并介绍入射光线、反射光线、入射点、镜面的概念。
引发猜想：反射光线与入射光线和镜面的关系是怎样的？
（二）建立模型，体现学情
【学生活动1】利用竹签在泡沫板上初步建立一个反射光路模型，反映学生的前认知
（三）实验探究，观察表述
【演示实验1】利用旋转烟室展示反射光路。
（1）同一束入射光，多角度观察
（2）入射光的方向改变，再次观察
（3）镜面倾斜，再次观察
发现反射光线和入射光线都在一个平面内。
【演示实验2】变无形为有形，在立体空间中标记出两条光线所在的平面，并利用三角板检测这个面与镜面的垂直关系。
【演示实验3】轴对称关系的演示与证明，凸显法线的作用。
在平面中标记出对称轴，利用量角器测量角度。
保证入射点不变，多次改变入射角度，通过量角器的读数，发现对称轴不变，体会对称轴的重要性。
引导学生观察并总结对称轴与镜面的位置关系，引入法线概念，再介绍入射角和反射角。
（四）模型修正，实验验证
【学生活动2】根据反射光路的特点，借助器材盒中的工具修正竹签光路模型，体会法线的作用，并利用烟室进行光路检验反射模型是否正确。
学生表述竹签光路模型的修正过程，并总结出反射定律的三条内容。
学生表述修正过程：先过入射点竖立一条垂直于镜面的对称轴，再在入射光线和对称轴所确定的面上，根据对称性插入反射光线，从侧面用一只眼睛观察三线是否共面。
（五）总结规律，提炼升华
根据学生的表述，总结反射定律的内容：反射光线、入射光线和法线在同一个平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。
这三条内容不仅肯定了法线的作用，也指出了如何在空间确定反射光线的位置。第一条内容，通过法线和入射光线确定反射光线所在的平面，二三两条，以法线为对称轴，在入射光线和法线所决定的平面上确定反射光线的具体位置。
通过分析反射定律的这三条内容，提升学生对法线作用的认识，从科学表述上，升华学生对反射定律的理解。
八、实验效果评价
实验教具的改进，弥补了传统教具的不足，使得探究光的反射规律在空间中更加灵活便捷。利用可旋转烟室，清晰的呈现出光路，学生能够全方位、多角度的观察，有助于发展学生发现问题、提出猜想、实验探究、获取证据，准确表述的实验探究能力。在立体空间中，将平面和法线呈现出来，学生更容易观察面与面、线与面的垂直关系，并能测量验证，有助于发展学生模型建构和推理论证的科学思维，更好的体现新课程的教育理念，有助于发展学生的物理学科核心素养。
通过合理设计本节课的物理实验教学过程，充分体现知识的形成过程，尊重学生的认知规律，利用竹签建立光路模型，不仅能把学生前认知和学习之后的认知直观形象的呈现出来，更能使学生在建模的过程中体会法线的特点和作用，有助于发展学生模型建构的科学思维，培养严谨的科学态度。
