由“光的色散”教学设计谈对教材资源的整合

“课程资源包括教科书、科技图书、录像带、视听光盘、计算机教学软件、报刊、互联网、图书馆、实验室、专用教室、实践基地，以及校外的博物馆、展览馆、科技馆、公共图书馆、电视节目、工厂、农村、科研院所等。课程资源是决定课程目标能否达成的重要因素之一”。新课程标准凸现了课程资源的重要性，优化了课程资源的结构，打破教材作为唯一课程资源的局限。课程资源的多样化，使教材的作用呈相对降低的趋势。但教材仍是教育学生、发展学生的一种重要载体，是最基本、最重要的课程资源之一，绝不能否认教材的重要性和严肃性。教师应根据学生的能力差异、心理特征、课堂反应等对教材内容进行合理的增减、改编、重组，深度挖掘教材中可利用的资源，个性化、创新化地使用教材，从教材内容加工的层面来改进教材作为课程资源的功能。

一、教学案例

【课题】

人教版高中《物理》第三册（必加选）第十九章第四节“光的色散”。

【教学目标】

1．知识与技能

（1）知道棱镜的概念；

（2）掌握棱镜对光线的偏折作用；

（3）了解光的色散及物体的颜色等常识；

（4）培养学生的实验观察能力。

2．过程与方法

（1）经历棱镜成像特点的探究过程，获得科学探究的体验；

（2）领悟科学思维方法。

3．情感、态度和价值观

（1）通过实际问题的解决发展学生对科学的好奇与探究欲望；

（2）体验探究自然规律的艰辛与喜悦；

（3）学会合作与分享。

【教学用具】

1．实验器材：分光镜片、三棱镜若干个、透射式投影仪、光屏。

2．多媒体课件。

【教学过程】

（一）创设情景，设疑激趣

1．介绍摄影技术中的一种多重影像效果

多媒体投影常运用此种特殊效果的摄影作品，如图1所示。拍摄时，在镜头前加装分光镜片，即可产生这种效果。

2．展示分光镜镜片

分光镜片如图2所示。投影展示分光镜的结构模拟图，如图3所示。

【问题】分光镜片是如何产生多重影像效果的？

（二）自主·合作·探究

1．去繁化简，抽象模型

分析分光镜片的结构特点，以面为单位分解镜片，抽象出棱镜概念。

棱镜定义：透明材料做成的多面体叫做棱镜。常用的是横截面为三角形的棱镜叫三棱镜，简称棱镜。

2．联想类比，设计方案

【诱导】从分光镜片的结构可知：分光镜片可看作由多个棱镜组合而成。透彻地分析单个棱镜的成像规律，即能揭示分光镜片产生摄影特效的秘密。

【要求】研究三棱镜成像规律的实验方案。

【自主探究、汇报结果】学生自主思考，然后相互交流，提出自己的实验方案。

【评估】受初中学习透镜成像规律的影响，学生设计的方案中最常见的是光源（如蜡烛）通过三棱镜在光屏上成像。此方案并不可行，因为三棱镜成的是虚像，在光屏上无法成像。

【诱导】联想测玻璃折射率的实验中，在玻璃砖的一侧看到另一侧的大头针的像是位置发生平移的虚像。通过方法类比、思维迁移，得出实验方案：通过人眼直接观察，研究棱镜的成像规律。

3．分组实验，操作观察

学生分组，每组一只教学用的三棱镜。

【学生活动】①观察三棱镜的结构，深化棱镜的概念；②透过三棱镜观察书本上的字或其他物体；③透过三棱镜观察光源，如日光灯。

在实验中为了避免反射成像的干扰，可引导学生把三棱镜的一个面用黑布包住或用黑墨水涂黑。

4．讨论交流，汇报结果

①正立；②虚像；③位置向棱镜顶角方向偏移；④像的边缘略带彩色，如观察的是光源，彩色非常明显。

5．逐步引导，深入论证

【诱导】作光路图是几何光学最基本的研究方法，两条光线即能确定物体的像。

（1）一条光线通过棱镜的光路图

【学生活动】引导学生作好光路图，如图4所示。

【总结】棱镜对光线的控制作用：①通过棱镜的光线要向棱镜底面偏折；②棱镜能改变光的传播方向，但不改变光束的性质；③出射光线和入射光线之间的夹角称为偏折角。偏折角度跟折射率、入射角有关。

（2）成像光路图

【学生活动】引导学生作点光源通过棱镜的成像光路图，如图5所示。

【总结】棱镜的成像规律：向棱镜顶角方向偏移的正立虚像。

6．回归问题，学以致用

摄影中多重影像效果的分析：

【诱导】分光镜片是由多个棱镜组成的，每个面都构成一个独立的三棱镜或部分三棱镜，每个棱镜都会单独成像。

【问题】分光镜片分别是图3中（a）、（b）所示的类型，试分析它们的成像效果。

【回答】（a）将产生三重影像效果；（b）将产生五重影像效果。

7．现象再分析，转换主题

【问题】像边缘的彩色光带又是如何形成的呢？

由于光带模糊，现象不明显，给探究带来困难，我们用另一个能产生同样现象的实验来代替研究。

8．类似实验，强化现象

【验示】白光色散实验。此实验一般用太阳光做实验用光，但受天气影响，在没有太阳光的情况下，可用下面的替代实验，效果也很理想。用透射式投影仪作光源，拆下投影仪中的反光镜，把三棱镜用支架固定，使三棱镜与投影仪相距适当距离，平行地放在投影仪上，转动三棱镜至合适位置，在墙上能成一条清晰的彩色光带。

9．分析论证，规律总结

【学生活动】①对实验现象经过观察、交流、总结：在彩色光带中从顶角到底面依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫；②引导学生作出各色光通过棱镜的光路图，如图6所示。

【总结】①单色光：不能分解为其他颜色的光，称为单色光。复色光：由若干种单色光合成的光叫做复色光。光的色散：把复色光分解为单色光的现象叫光的色散。

②如表1所示。

二、案例分析

本案例通过以下几个方面的加工创新，构成一个探究式学习的课堂教学，充分调动了学生学习的主动性。

1．教材内容的问题化

现代教学论研究指出，从本质上讲，感知不是学习产生的根本原因，产生学习的根本原因是问题。没有问题也就难以诱发和激起求知欲；没有问题，感觉不到问题的存在，学生也就不会去深入思考，那么学习也就只能是表层和形式的。

本案例以摄影中的多重影像效果如何实现作为探究问题，并以此问题为主线贯穿整个教学过程：首先是提出问题，一个源于生活的问题能激发起学生强烈的探究愿望，从而使学生积极主动地投入学习；然后是分割问题，依次分析解决单条光线通过棱镜的光路、单个棱镜的成像、分光镜片（多个棱镜的组合）的成像，由易至难、逐步深入、逼近主题直至问题的解决。在问题的解决过程中深入本节学生需要掌握的知识：棱镜的概念、棱镜对光线的控制作用、棱镜的成像特点，这样处理教材是完全符合学生的认识特点的。

“提出问题有时比解决一个问题还要重要”。本案例中通过三棱镜成像实验来培养学生的问题意识，在实验观察中学生往往只能提出三棱镜成一位置偏向顶角的正立像，而忽视一个重要的问题：像的边缘有彩色光带。光的色散即以此问题为线索展开。

通过学习情境的创设，将教材内容以问题化的形式呈现给学生，把学习过程看成提出问题、分析问题和解决问题的过程，这就是教材内容的问题化处理。

2．教材内容的操作化

本案例积极引导学生在“做中学”、“用中学”，让学生通过积极参与和探究活动，通过主体的体验来实现知识的意义建构。

提出三棱镜成像规律的问题后分组实验，让学生自主观察书本上的字透过三棱镜后所成像的特点，获得亲身经历和感性认识，然后是小组交流、讨论分析。使学生不仅用脑思考，而且用眼去看，用嘴去说，用手去做，即自己去亲身经历。这不仅是理解知识的需要，更是激发学生学习活力的需要。

科学探究绝不会一帆风顺，在体验成功喜悦的同时，也必须让学生体会到探索的艰辛。学生在设计三棱镜成像实验时常会想到光源、棱镜和光屏的实验装置。多一步曲折，就多一点教训，通过这个挫折能使学生深记虚像的观察方法。

操作化地处理教材，在操作过程中，学生体验到的不管是成功还是失败，都能增进学生掌握正确分析事物的科学方法，逐步树立科学的信念和主张。

3．教材内容的最优化

根据教材内容的特点，学生的知识差异、能力差异、兴趣差异，可以对内容进行选择、重组。教材中色散部分的内容是通过观察白光经教学用分光镜所形成的光谱来引入的，考虑到：分光镜本身就是一个较为复杂的仪器，仪器结构的复杂性降低了学生对实验的兴趣、对实验现象的信任度；大部分学校不可能让学生每人一台分光镜来观察操作；分光镜操作复杂。所以案例中对这个实验经行选择性地删减，取而代之的是两个器材简单、操作简便、现象明显的实验：一是通过三棱镜观察物体边缘的色带，可以更明显地观察光源如日光灯的边缘；二是投影仪作光源，把三棱镜置于其上，墙壁上会出现一条明显的彩色光带。

教材内容的最优化处理还体现在教学用具的选择上。如用多媒体投影多重影像的摄影作品、分光镜片的实物投影等。