3. 光的衍射与偏振全国优秀课堂实录

课题：《§5-3 光的衍射——用问题串起探究课堂》教学设计

学科

授课日期

授课班级

课型

【指导思想】

一、教材编写思想

1、培养学生的抽象思维能力。

2、体现STS（Science、Technology、Society）思想。

3、体现自主学习和教学方式的多样化。

二、教学设计思想

以物理学科核心素养培养目标为中心，以北京市基于课前学习诊断、以整合促发展的理念为指导，以发展学生的科学思维和培养学生的学习能力为目标，设计本教学活动内容。

物理

2018.5.25 高二（1）班

实验探究课

教材

授课教师

授课地点

课时

教科版物理选修3-4

石明

物理传感器实验室

1课时

【教学内容分析】

一、光的衍射教学要求

1、教育部2017年制定的《普通高中物理课程标准》中对光的衍射的内容标准是“观察光的衍射现象，了解明显衍射现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用”，并建议“演示单缝衍射现象，观察单缝衍射图样，并以此说明光具有波的性质”。

2、北京市《高中物理学科教学指导意见》里对光的衍射的要求是“通过光及其应用部分内容的学习，让学生了解光的波动性和粒子性，引导学生形成对光的本性的正确认识，让学生进一步体会建构物理模型的意义，了解模型建构的方法”。

二、光的衍射具体分析

光的衍射是本章的重点内容，由于课本只要求学生初步了解光的衍射现象，没有做理论探讨，因此与机械波类比和观察实验现象非常重要。现行人教版高中《物理》教材中，对“光的衍射”一节的处理是基于单缝衍射和圆孔衍射两个实验，而且以此说明光发生明显衍射的条件和现象。在教学过程中，通过在教材中两个实验的基础上进行延伸、拓展，引导学生对比分析发现：光通过不同形状的障碍物发生衍射时，其衍射图样不一样。再进一步展示光通过正三角形孔、正方形孔、正多边形孔的衍射现象加以验证，并介绍光的衍射在现代技术上的应用，如X射线通过晶体发生晶格衍射。反过来，用对应的衍射图样来推测晶体的微观结构。让学生分析为什么光学显微镜放大倍数受到限制，以及对光在介质中沿直线传播规律进一第1页，共10页

步再认识，使学生对光的衍射现象的认识得到升华，从而进一步认识光的波动性，这对建立辩证唯物主义世界观具有重要意义。

三、光的衍射考纲解读

1、考纲要求：理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件。

2、命题规律：光的衍射以考查基本概念的简单理解为主，主要以选择题形式出现。

【学情分析】

一、学生已经储备的经验、概念、方法分析

1、生活经验

（1）晚上，透过一块薄纱巾，看路灯，你会看到，每一盏路灯都会增加了很长的（光）芒。

（2）夜晚，用照相机对着远处的小光源拍照，也会拍照出光芒。

2、概念储备

（1）学生已经掌握了机械波的干涉与衍射的定义及相应条件，并对干涉、衍射图样有了一定的区分。

（2）通过机械波的干涉与衍射的学习，学生了解了干涉与衍射现象是波特有的现象。

（3）通过光学部分前面知识的学习，学生知道了干涉现象的条件及图样，并能利用惠更斯原理定性地解释干涉图样的成因。

3、物理方法储备

（1）通过机械波的干涉与衍射及光的干涉部分内容的学习，学生可以合理的将知识进行迁移与类比。

（2）通过光现象前面知识的学习，学生已经能够利用惠更斯原理和波的叠加原理对光现象进行定性解释，同时也能利用能量观点对其进行一些简单解释。

（3）学生具有一定的实验探究及分析概括能力。

（4）对于控制变量法、对比法等实验素养基本形成。

二、学生预习达成的认识和存在的问题

1、达成的认识

（1）在光的干涉一节学习的基础上，加深了光的干涉的条件及图样分布，更加明确了光具有波动性的重要性质。

（2）对于光的衍射的条件及图样已有了初步的猜想。

2、存在的问题

（1）对于惠更斯原理难以理解，以致不能清楚地解释光的干涉原理。

三、产生学习困难的原因分析

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1、日常生活中光的衍射现象相对较少。

2、对光的波动性及光的干涉的本质还不能做到准确的理解。

3、对光沿直线传播和干涉、衍射现象没有达成统一认识。

【教师目标】

实验建构式生态课堂

“三助式”教学理论

实验引入，激发兴趣

实验探究，推进教学

实验再现，启迪智慧

实验提升，引导思维

＋

自助

互助

师助

构

建

实

现

“从生活走向物理，从物理走向社会”。为学生唤醒沉睡的潜能，激活封存的记忆，开启幽闭的心智，放飞囚禁的情愫。

高中物理生态课堂

以多样为手段，确立协调统一的宗旨

以平衡为理念，实现动态发展目标

以开放为前提，营造纵深发展空间

以共生为导向，创建和谐互动的氛围

【学生目标】

一、物理观念

1、通过实验观察，让学生认识光的衍射现象，知道发生明显的光的衍射现象的条件，从而对光的波动性有进一步的认识。

2、通过学习知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似规律。

二、科学思维、科学探究

1、通过讨论和对单缝衍射装置的观察，理解衍射条件的设计思想。

2、在认真观察课堂演示实验和自己动手观察衍射现象的基础上，培养学生比较推理能力和抽象思维能力。

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三、科学态度与责任

通过“泊松亮斑”等物理学史的学习，培养学生坚定的自信心、踏实勤奋的工作态度和科学研究品德。

【教学重点】

单缝衍射实验和圆孔衍射实验的观察以及产生明显衍射现象的条件。

【教学难点】

衍射条纹成因的初步说明。

【教学方法】

一、教法

1、类比教学法：通过机械波衍射现象进行类比，提出光的衍射实验观察设想。

2、实验探究式教学法：提供丰富的演示实验进行形象化的教学。

3、对比教学法：通过对比认识衍射条纹的特点及变化。

二、学法

观察实验现象合作学习和探究性学习为主，培养学生的逻辑思维能力。

【教学器材及用具】

演示：多媒体、激光笔、光具座、凹透镜、自制圆孔、自制单缝、小钢珠、大功率白炽灯。

分组：游标卡尺、铅笔、橡皮筋、自制圆孔、自制单缝、羽毛、丝巾、自制多孔（形状不同）挡片。

【教学过程】

教学

环节

教师活动

展示：水波的衍射图片：

将机械波的衍射（学生

1、发现问题，问题1：声波、水波都会发生衍射现象，光的干引入课题。

涉已经证明了光具有波动性。那么，光也应会发生衍射现象，但为什么在日常生活中我们一般不会观察到光的衍射现象呢？是不存在还是不明显呢？光在同一均匀介质中真的总是沿直线传播么？

回忆旧知识，思考新问题。

目标信息），同时也为信息加工的途径（迁移）指明了方向——将光波与机械波类比。

已有的信息）自然过渡到光的衍射（新课题即学生活动

设计意图

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引出：课题及光的衍射定义。

猜想环节：问题2：结合衍射的定义，光要发生明显的衍射现象（也即人们的肉眼能直接观察到光的衍射现象）必须满足什么条件？能否结合所学知识进行类比大胆地提出合理猜想呢？

实验环节：问题3—5：根据同学们的猜想，请各小组利用“锦囊1（游标卡尺、铅笔、橡皮筋、单缝挡片）”中的道具和老师提供的点光源，思2、科学探究：考并讨论：怎样利用道具才能观察到光的衍射师生共同探究现象，准备做哪些探究？并在实验过程中注意光发生明显衍观察、记录：看到了什么现象？衍射条纹有哪射的条件及衍些特征？

射条纹图样特

补充学案。

提出猜想并简述理由。

思考、讨论。

这是本节课第一个科学↓

探究的子课题。通过一制定方案。

连串的6个问题（问题2↓

—7）是理解光的衍射现观察、记录。

象及衍射图样的重点，↓

对学生的抽象思维、观补充学案。

察、判断、归纳等能力

都有一定的要求，而这6点。

验证环节：演示：单缝衍射图样+传感器验证：单缝衍射光强分布。

得出结论：问题6：根据自行探究结合老师演示的衍射图样，可以归纳出哪些规律及特点？

对比提升：问题7：单色光的衍射图样中出现了明暗相间的条纹，明暗相间的条纹在其他什么实验中也出现过？两者对比，有什么共同点和不同点？

3、知识延伸：引导：通过上面的探究我们发现，光线在遇到师生共同探究衍射图样与障碍物形状的关障碍物后似乎不再沿直线传播而是发生衍射现象，并观察到了单缝衍射的图样形状。那么，当光线遇到的障碍物的形状发生改变衍射图样第5页，共10页

观察现象。

个问题的答案都需要通

归纳总结、

补充学案。

思考回答。

过学生的自主学习及探究活动而获得。

思考、讨论。

这是本节课第二个科学↓

探究的子课题。通过设制定方案。

置问题、学生探究、教↓

师演示、学史引入，提

系，并解释科技、生活中的一些问题。

会发生改变么（问题8）？请各小组利用“锦囊2（圆孔挡片、多孔挡片、羽毛、丝巾）”中的道具和老师提供的点光源对这一问题进行探究，并在学案上对不同障碍物所对应的衍射图样进行记录。

演示：爱里斑；演示+学史介绍：泊松亮斑。

观察、记录。

升学生人文素养的同↓

时，很好的将课本知识补充学案。

作了拓展，并自然地跳

出课堂，走进实际生活。又通过问题11—13使学生对衍射条件及规律加观察现象。

以强化，又使理论联系

了实际，开阔了学生的展示：多个衍射图样。问题9：请同学们猜想，猜想回答。

视野，最终强化了学以不同的衍射图样对应的障碍物形状。

补充学案。

得出结论：通过比较、分析衍射图样与障碍物的形状，说明了衍射图样与光通过的障碍物的形状是有关的。

问题10：既然通过衍射图样可以大致判断障碍物的形状，这一结论有什么实际应用价值呢？请同学们阅读学案上的三段材料，回答：问题11：为什么要利用X射线而不用可见光来研究分子结构？问题12：用光学显微镜观察微小物体时，发现显微镜放大倍数是要受到限制的，这是为什么？问题13：佛光这一自然奇观，一般会出现在云雾弥漫的清晨或傍晚，怎样用光学知识来解释该现象？

4、概括升华：引导：问题14：结合本节课所学，光的衍射现师生共同探讨象说明光可绕过障碍物而传播，这究竟与“光第6页，共10页

致用的道理。

阅读思考，

填写学案。

思考回答。

光的衍射的实质。

沿直线传播”是否矛盾？问题15：是否能够利用惠更斯原理来理解光的衍射现象呢？

定性解释。

补充学案。

促使学生对自己的学习过程进行回顾、反思和整体回顾本节课内容，

5、课堂小结。

课后完成学生自我评价量表。

性和对学习负责的态度。

完成自评表。

评价，增强学习的主动【板书设计】

§13-5 光的衍射

一、定义：光偏离直线传播方向绕到障碍物阴影区的现象。

二、明显衍射的条件：障碍物或缝的尺寸跟波长差不多或比波长更小。

三、衍射图样：中间亮宽条纹，两边（周围）明暗相间条纹且逐渐变窄。

四、应用

五、实质：次波（子波）叠加的结果——光的波动本性。

【教学流程图】

光究竟沿不沿直线传播？

光为什么不沿直线传播？

光真的沿直线传播么？

到从特一殊般

类比机械波，引入新课

探

究

子课题1：

从一般

明显衍射条件；

到特殊

衍射图样特点

子课题2：

衍射图样与障碍物形状的关系

学生探究

教师演示、学史介绍、图片展示

得出结论

问

问

题链暗线学生探究

教师演示

题链明线

得出结论

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联系实际

概括升华，分析实质

课堂小结，学生评价

应用

2、积极体验物理在解决实际问题中的价值解决问题

决问题

和作用

3、自觉养成应用物理知识解决实际问题的意识，增强综合应用能力

学习态度、学习态其他

情感、态度、价值观的转变

物理认知水平的发展

认知水平度、认知有很大提水平有较高

综合

评价

一般

能力较差

学习态度、认无明显知水平发展特有些提征

高

大提高

小组评价等级

任课教师

评价等级

教师寄语：

【教学反思及评价】

从总体上看,这节课通过引导、启发及合理的设计,让学生体会到了科学探究的乐趣,体会到了物理世界的神奇和美妙,感受到了物理理论与现实生活的紧密接触,课堂教学达到了较高的境界。这样的课在学生头脑中的印象是不会随下课铃声而轻易消失的。

一、在探究中提高学生的科学素养

新课程将提高学生的科学素养放在了课程目标的首位,同时在课程实施上十分重视学生的自主学习,提倡教学方式的多样性,强调学生的科学探究。印度哲学家菩德曼有一句名言:播种一个行为,你会收获一个习惯。进行科学探究的目的就是让学生形成质疑的习惯,从而提高其认识新事物的能力——科学探究能力。

科学探究通常包含这几个要素提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验、分析与论证、评估、交流与合作等。课堂教学并不要求这七个要素面面俱全,重要的是将探究的思想贯穿整个课程。

这节课包含了数个探究的子课题（即探究的小循环）：（1）探究单缝衍射图样的特点和规律；（2）探究孔的形状对衍射图样的影响；（3）探究日常生活中的衍射现象及应用。在这些探究的循环过程中,学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考,无形中提高了学生的自主学习能力,有助于学生在学习物理知识与技能的同时逐步形成科学态度和科学思想,提高科学素养。

二、将人文教育融入物理课堂

人文教育与科学教育有机地融为一体,是物理课堂教学的最高境界,而完成这一融合的极佳载体就是物理学史。物理学史是科学史的一个重要部分,研究物理学史有助于阐明物理学发展的规律,有助于了解物理学与社会的关系、物理学与技术的关系以及物理学与哲学的关系等。从单纯物理学习的角度来说,了解物理概念和理论的发展,不但可以加深对这些概念和理论的理解,而且可以进一步认识物理学这门学科的特点。物理课堂教学中如能充分发挥物理学史的教育功能,不仅可以点缀物理课堂,使课堂教学生动活跃,还能带给学生心灵的冲击,提高他们的人文素养。

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本节课中,教师用到了物理学史上的一个经典案例——泊松亮斑。当学生听到有关泊松和他的泊松亮斑的趣闻时,全班不禁哄堂大笑,课堂气氛顿时活跃起来,但这种活跃是一种表象的、肤浅的活跃。如果这时教师能进一步引导学生去体会世纪初科学家是怎样通过实践和理论两个不同途径去认识光现象从而获得巨大成功的,学生不仅可以了解理论的指导作用和实践的检验作用对科学研究的重要性,同时在他们的心灵深处会悠然而生一种自豪——为人类的智慧和意志的伟大而感到骄傲,这种心灵的触动所引起的智力、思维上的活跃才是真正的、高层次的活跃。这样,在提高学生科学素养的同时,培养了学生踏实的学习态度和坚定的自信心,从而提高学生的人文素养。

三、从生活走向物理,由物理走向生活

新课程要求在课程内容上要精选学生终身学习所必备的基础知识与技能,加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系,反映当代科学技术发展的重要成果和新的科学思想等。这节课通过机械波的衍射来引入课题,引导学生逐渐认识光发生衍射的现象、特点和规律然后通过两个途径,将光的衍射现象又回归到生活中，一是探讨两个与“光的衍射”相关的现象——“显微镜放大倍率及佛光”二是让学生了解光的衍射在科技领域的新成果、新思想,拓宽他们的视野。这样的安排不仅可以提高学生分析实际问题的能力,使物理课堂生动活跃,同时很好地体现了“从生活走向物理,由物理走向社会”的崭新理念,增强了物理课堂教学的时代性、实用性。

四、引发情绪高涨、智力振奋的最佳状态

德国著名教育家第斯多惠说过,“教学的艺术不在于传授本领,而在于激励、唤醒和鼓励”。优秀的教师在教学过程中往往沿着教学主线,多方烘托,使教学过程不断出现小高潮,以使学生达到情绪高涨、智力振奋的最佳状态。

本节课,教师以问题串为线索展开科学探究,问题就像是一根无形的线,始终调控着课堂的节奏及学生的活动,既充分发挥学生的主观能动性,又使学生的思维始终围绕着探究主题。课堂中的这个问题,乍一看似乎过多,可能会引起学生的思维疲劳,但从实际教学过程看,其中的一些问题其实仅仅是为了过渡、引导而问,真正需要学生深人思考的问题数目并不多,所以没有出现前扬后抑的现象,整节课的课堂探究氛围一直较为活跃。

就在学生以为这节课就要结束之际,问题又一次引发了他们的思考。就中学物理教学要求而言,光的衍射原理只需要定性了解。但我并没有将光的衍射原理的理论分析放在课的开头,是为了回避学生可能的深究,而在课的结尾探讨这一问题既可以留有余味,给部分学生课后的深入探讨准备了素材,又是对本节内容的概括和升华——原来光的衍射和光的干涉一样都可看成是由波的叠加而形成的,在课堂教学行将结束之时又一次掀起了课堂教学的高潮。

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