案例：全反射

案例：全反射

该案例是人教版教材选修3-4中第十三章《光》的第七节课，从整个章节的知识安排来看，本节是此章的重点，具有承上启下的作用。承上——通过本节内容总结性地应用直线传播、反射、折射知识，进一步从本质上理解和应用折射定律和折射率，有效体会和熟练应用光路可逆解决光的传播问题；启下——可指导性地研究和学习“棱镜”。同时，本节内容与生产和科技应用联系紧密，是实现课堂知识学习走向课外、走向生产、走向科技的重要教学内容。整节课主要侧重使学生通过合作探究理解全反射现象、发生全反射现象的条件，以及生活中的一些全反射现象，如海市蜃楼现象、生活中熟悉的应用，例如望远镜和光导纤维等，故本节课采用多媒体环境下开展教学是非常适合的，充分地利用多媒体课件的优势让学生自己总结生活中与全反射现象有关的内容。通过不同介质中折射现象的分析和全反射现象视频的观看使学生提高了分析问题、归纳问题的能力。

一、案例背景（基本信息）

设计者：郭勇，清原满族自治县高级中学，中学二级 学生：清原满族自治县高级中学高二（10）班，58人 教材：高中物理（人教版）选修3-4

教学设计指导者：李东风 抚顺市教师进修学院 中学高级教师 杨 薇 沈阳师范大学 副教授

二、教学内容分析

1．教材的地位与作用

本节内容是学生在初中内容基础上的进一步提高，让学生从定性认识提高到定量研究，是高中物理光现象教学中的重点内容之一，主要介绍了全反射现象、发生全反射现象的条件及全反射现象的应用，是反射和折射的交汇点。全反射现象的研究，既是对反射和折射知识的巩固与深化，又为“棱镜”的学习作了铺垫，同时全反射现象与人们的日常生活以及现代科学技术的发展紧密相关，所以学习这部分知识有着重要的现实意义。

2．知识的特点

本节讲述几何光学的基础知识，主要讲述光的反射、光的折射、全反射和光

的色散。相对于学生初中知识增加了对折射定律的定量研究，引入了折射率，其中本节的全反射和临界角是全新的知识。

3．教材的内容分析

全反射现象在生活中常会遇到，本节课从光的折射入手，通过合作探究让学生总结归纳出发生全反射的条件以及相关应用。重点是全反射现象及发生全反射的条件。通过两幅光路图的对比让学生总结出全反射现象，并及时播放视频示实验来验证同学们总结出的现象同时又抛出新的问题——临界角，为后续学习打下基础。

为了完成教学目标，特别采用了合作探究式的教学模式，设计中运用创设情景——播放一段海市蜃楼现象的视频引入课题，突出重点以使学生迅速进入学习状态；利用图片、动画、视频增强感官效果，做到理论联系实际，较好地完成教学目标。

三、教学（学习）目标与重难点

教学目标 1．知识与技能

（1）理解光的全反射现象。

（2）掌握发生全反射的条件及临界角的概念。 （3）理解海市蜃楼现象的原理。 （4）了解全反射现象的应用。 2．过程和方法

（1）通过“课前导学案”使学生学会自学。

（2）培养学生运用全反射知识解释简单的实际问题的能力。

（3）通过学生间的合作探究活动，掌握发生全反射的条件及临界角。 （4）通过探究活动引起学生思维海洋中的波澜，培养学生独立思考的能力。 3．情感态度和价值观

（1）渗透学生崇尚科学、反对迷信的思想。 （2）培养学生团队合作精神及科学探究的意识。 教学重点

全反射现象，及其产生的条件和临界角概念的应用。

教学难点

全反射知识应用及现象解释。

四、学习者分析

1．知识基础

全反射这节课是在学习了光学的反射、折射、色散、干涉、衍射、偏振之后的最后一个光学现象，学生已经具有一定的光学知识基础。但学生在初中没有接触过全反射现象，它对于学生来说还是一种新的光学现象，因此，教师在课堂上应做好演示实验，这是使学生更清楚地认识全反射现象的前提和基础。

2．方法技能基础

处于高二年级的学生，了解一定的物理学习方法和实验探究方法，具有一定观察、探究和分析能力。全反射的应用在实际生活中非常多，学生在用全发射的知识解释日常生活中的全反射现象时，需要较强的观察和逻辑推理能力。

3．思维障碍

高二学生从初中开始接触物理新教材，已经逐步体会出了新教材的理念和特点，但是大数学生的抽象思维和空间想象能力水平相对较低，对物理现象和知识的理解、判断、分析和推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性。

这就要求教师在设计中要对教学手段有针对性地选择和优化处理，在教学过程中合理安排、指导和引导学生突出重点，突破难点，提高学生分析、归纳及抽象思维的能力，同时使学生积极、主动地参与到教学探究过程中来，让学生在获得知识与技能的过程中学会学习，并获得积极的情感体验。

在学习过程中，要帮助学生正确理解全反射的两个条件，即一是光由光密介质进入光疏介质；二是光的入射角要大于或等于临界角。学生通常对于“疏”、“密”的相对性理解不准确，还容易将光密和光疏同介质的密度大小混同理解。

五、教学策略选择与设计

教学过程重在强化学生对全反射这一知识的了解和与全反射相关知识的生活的体验，教学重点是全反射和发生全反射的条件。为此，本节课采用以“多媒体教学为主线、演示实验和自主探究为基础”的教学策略。问题情境的创设是思维的启动点和切入口，而实验是物理研究的理论支持。为体现“学生是主体、教师为主导”这一教学理念，整节课通过合作探究式进行学习。

在全反射和发生全反射这两部分知识的教学中，教师提前将本节课的预习内容、相关资料和练习准备给学生，通过“课前导学案”的方式，让学生通过教材阅读和自主实践相接合的学习过程，在完成教师布置任务的同时，学习相关的知识。同时培养了学生自主学习的能力、有目的分析问题的能力，处理信息，并对信息进行归纳总结的能力。

“全反射现象，及其产生的条件和临界角公式的应用”是本节课的重点，教师通过“课前导学案”创设物理情景，课上通过多媒体课件展现不同介质中点光源的不同的完整的光路图，教师向学生提出问题：通过对比2幅图，找出2幅有何不同？让学生自己探究，小组讨论，最后归纳总结出全反射现象及发生全反射的条件。在此基础上通过多媒体课件播放一段全反射现象的视频，进而验证了全反射现象和发生全反射的条件。同时通过观察分析想象，总结能量变化入射角和折射角之间的关系并提出临界角这一概念。这种教学策略培养了学生分析问题的能力，观察实验的能力，归纳总结的能力。

通过刚才的学习，同学们已经有了一定的基础，接下来教师回顾海市蜃楼现象让学生用已学过的知识解释海市蜃楼这一光学现象，从而提高了学生的能力。教师及时的通过多媒体课件对学生的回答加以点评。同时，培养学生学科学、爱科学、用科学的精神，渗透学生崇尚科学、反对迷信的思想。

本节课内容相关题型主要是选择题、计算题，针对这一特点，教师选用了09年辽宁卷的一道试题，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力。同时本题还培养了学生的发散思维能力。为培养学生的这种能力,教师及时的对例题进行变式让学生从另一个角度去思考问题。在教学过程中，教师采取了让学生上讲台展示的教学策略，体现了以学生为主体的新课程教学理念。

在整节课教学最后，教师提前将与这节课相关的大量的图片、影像、文本资料准备给学生，让学生拓展探究，了解全反射在日常生活、军事、医学等领域的应用和光导纤维的相关知识，提高学生对物理学习的趣味性和教学效果。

六、教学资源与工具设计

本案例主要利用的是《全反射》多媒体课件开展教学，课件包含了与本节课相关的文本、图片、视频，FLASH动画等内容。不拘泥于教材中的知识点，充分考虑学生的认知水平和规律，扩展了丰富的学习资源，按照预先设计的教学目

标、学生学情分析、教材的分析等，通过播放视频、图片、例题、FLASH动画，适时的组织学生合作探究，扩展资源、思考练习及时解答等，合理安排和组织教学内容，为学生营造了理想的合作探究学习环境。教学环境要求在教室里学生分小组合作学习。

七、教学过程

教学环节 播放烟台养马岛海市蜃楼的视频文件，引出本节课。 情境导入 师：在古代由于科学技术不是很发达，古人认为海市蜃楼现象是一种叫做导入环节中问题设置尽量新学生观看颖，因为学生在初中时候已经涉及过光的折射和海市蜃楼相关的例子。 教学内容与教师活动 学生活动 现代教育技术的应用 蜃的怪物吐气所形成的，当然这是一种视频。 迷信的说法，海市蜃楼现象其实是一种大气光学现象，主要是由光的折射、全反射所形成的。今天我们就来学习全反射的相关内容。 一、请同学们以小组为单位探究“课前导学案”中的知识梳理1： 图中S是一点光源，请画出各条光线的完整光路图。 培养同学的分组讨论，合作探究精神。归完成合作探究纳总结、观察、表内容。 合作探究 述能力。

师：通过对比两张图，找出两张图有何不同？ 课前教师猜测学生的回答： 1．介质不同，一个是由水射向空气，一个是由空气射向水； 2．入射角由水到空气时入射角小于折射角，由空气射向水时入射角大于折射角； 学生展示 分析问题、解决问题的能力。 利用视频技术将不易观察的全反射变化过程完整地呈现在学生面前，有助于学在教师的生对全过程的了3．当以60°由水射向空气时，折射各组探究结论。 光线消失了。 师生互动：通过对比获得结论。 1．全反射现象； 2．发生全反射现象的条件： (1)密→疏； (2)入射角大于等于临界角。 播放一段视频文件（全反射现象） 分析总结：不断增大入射角，反射光线、折射光线的角度均增大，但折射角始终大于入射角；反射光线变亮、折射光线变暗。 当入射角增大到某值时，使折射角达到90°，折射光线消失，只剩下反射光线。 继续增大入射角,折射光线消失、反射角变大，反射光线亮度不变。 二、临界角 视频实验分析：要想发生全反射，对入射角有一定的要求：折射角为90°时的入射角叫做临界角。 引导下进行讨解，而且视频播放论，进而归纳总技术的暂停功能结出结论。 也有利于学生发现现象的变化规律。

学生推导：光从折射率为n的介质射向空气（或真空）发生全反射时的临界角是多少？ 临界角为c时的折射角r为90° 由折射定律可知n所以：sinc1 nsinr r=90° sinc海市蜃楼现象的解释。空气中大气的全反射和折射，会在空中出现海市蜃楼的现象。 夏日，平静的海面上空气层的温度随着高度的增加而增大，密度随之而减师生互动 小，对光的折射率随之减小，远处的景物发出的光射向空中，不断折射，射向折射率较低的空气层，折射角越来越大，当光线的入射角达到临界角时发生全反射，光线射向较低的空气层，地面的观察者可以看到空中射来的光线。 同时引导学生解释沙漠中的海市蜃楼现象。 并提示注意到，海面海市蜃楼和沙漠中的海市蜃楼的方向截然不同。 一棱镜的截面为直角三角形ABC，课堂练在教师点创设物理情学生展示，学生质疑，师生互动，生生互动。 通过师生互动、生生互动达到了同学理解海市蜃楼现象原理的目的。同时也达到了培养学生自主学习和理解、分析问题及表达的能力。 ∠A=30°，斜边AB＝a。棱镜材料的折射拨下，学生先独景，解决实际问率为n2。在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点立完成，然后小题。 组交流，最后学生上台展示。 习 M射入棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。

师：1．准确光路；2．判断全反射现象是否发生。 变式：直角玻璃棱镜中∠A=60°，入射光线垂直于AC面，求光线从棱镜各知 边第一次射入空气时的折射角，并作出学生先独立完成，然后小组交流，小组推选代表上台展示。 师：同时发生反折射。 1．全反射棱镜：截面为等腰直角三 角形的棱镜。 全反射现象的 应用 全反射棱镜典型应用。 2．光导纤维 通过图片认识日常生活中的光导纤维。 光导纤维导光的结构及原理。 全反射棱镜常见的两种光路。 课前导学案让学生通读教材及相关资 通过PPT播放图片让学生了解知识在科学技术、利用教育技术，将抽象的物理图形，以动态方式呈现在同学面前，有助于学生开阔思路。 识 光路图，已知玻璃的折射率为2。 拓 展 料，在此基础上生产实践中的应进行深入学习。 用。

师：为什么光导纤维能发生全反射？ 最后，通过Flash动画解释光导纤维的原理。 1．以小组为单位自制光导纤维。 作业 象? 3．完成教材的72页问题与练习。 小重述教学目标，归纳研究方法，强 2．日常生活中还有哪些全反射现课下完成。 结 调关键知识，评价学生活动。 八、教学流程图

开始 播放海市 蜃楼视频 由蜃景引出 本节课内容 看图做出各条光线的完整光路图。 通过对比两张图，找 出两张图有何不同？ 指导学生认真观察现象并提出临界角概念 引导学生推导临界角公式：sinC=1/n 观看视频 幻灯片——不同介质中的点光源 作图 幻灯片——各条光线的完整光路图 交流讨论并回答 播放全反 射实验 总结归纳全反射条件 幻灯片——临界角光路图 独立推导后小组讨论 幻灯片——临界角光路图 看图讲解并推导出临界角公式 在电子白板上推导 与教师一同推导 两种海市蜃楼原理图 引导学生通过所学知识解释海市蜃楼现象 白板上操作 补充并 解释海市蜃楼现象 加以点评 幻灯片：09辽宁卷光学题 布置课堂练习：09年辽宁卷几何光学题 巡视指导、引导学生上讲台展示 限时作答、小组合作交上台展示 电子白板上操作——绘图、书写 白板系统上 点评、总结并及时变式 幻灯片——变式试题 限时作答、小组合作交流 解答过程投影给大家 上台展示 电子白板上操作 巡视指导、引导学生上台展示 白板系统上 点评、总结、及时追问还有其他情况吗? 思考并回答 幻灯片——全反射现象图片 小结后讲解全反射现象的相关应用 光导纤维Flash动画 认真观看并记录 课堂小结、布置课后作业 结束

教学内容与教师的活动媒体的运用学生的活动教师进行逻辑选择

九、课后反思与自我评价

在这节课中，充分利用了交互式电子白板辅助教学的手段，引导学生对问题进行探究、分析、归纳、总结，整节课感觉内容紧凑，师生互动、生生互动氛围浓，学生探究的欲望、表达的欲望强，但也存在一些不足之处，现就这节课的构思、教法及不足反思如下。

首先将新教材的这一节内容与老教材进行了比较，旧教材这一节是在光的反射、光的折射之后编写的，是反射和折射的交汇点。而新教材将其放在本章的最后一节激光之前，即讲过了光的反射、折射、色散、干涉、衍射之后，因此更侧重于光的应用。全反射现象的研究，与生产和科技应用联系紧密，是实现课堂知识学习走向课外、走向生产、走向科技的重要教学内容。所以，学习这部分知识有着重要的现实意义。

课堂教学中，首先播放了一段关于海市蜃楼的视频，勾起了学生的求知欲望，从而引出了本节课。体现了新课标中“从生活走向物理，从物理走向社会”的思想。两个创新设计的演示实验，不仅有助于合理学习情境的创设，更有利于对知识的深入理解和促进学习概念的转化。然后让学生合作探究本节课的重点知识，采用了课前发导学案的方式，有针对性的引导学生到校图书馆或是上网查阅资料。这也符合新课改以学生为主的思想。在探究过后，以追问的方式让学生总结归纳出全反射现象及发生全反射现象的条件。使整个探究——交流——总结过程井然有序，效果较佳。

当本节课的重点知识完全由学生总结归纳完以后创设了物理情景——09年辽宁卷的一道试题，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力。同时本题还培养了学生的发散思维能力。为培养学生的这种能力及时的变式让学生从另一个角度去思考问题。觉得的这2道题的设置起到了这种作用。而交互式白板的书写、作图、照相以及模式切换等功能的应用在教学中对这一环节也起到了事半功倍的作用。

在师生互动这一环节中，因为课前在导学案中有针对性的给学生布置了任

务，所以同学们能够在课堂上解释海市蜃楼这一现象。从这一点上也能充分的说明同学们有了一定的自主学习能力。

最后在全反射应用这一环节，通过多媒体给同学们展示了大量的图片，即直观又便于理解。最后通过播放一段光导纤维原理的Flash让学生真正理解了全反射现象在生活、科技方面的重要作用。

总体来说，本节课学生积极参与，体现了学生的主体地位，大大提高了学生的学习积极性。有效地把现代教育技术与物理结合起来。通过运用现代教育技术能更好地突出教学重点，突破教学难点，课堂容量较大，学生掌握的情况比传统教学的教学效果好。由于现代教育技术的运用，使板书的时间大为缩短，这样更有利于发挥学生的主体作用，可以留给学生足够的思考空间，让学生自己去探究、交流，并得出结论。

通过探究式学习，使学生的自信得到了强化，学习的热情得到了助燃，学习的习惯得到了关注，合作的意识得到了刺激，思维的质量有了实质性的提高，学习的效果得到了加强。教师由“讲授”变“主导”。但是由于教学模式的变换，教师讲与不讲有时拿捏不准，比如海市蜃楼现象原理的解释，个人不知道解释的是否到位（学生恰好懂）。

虽然这节课总体效果不错，仍然存在几个不足之处，比如，在教学的过程中虽然注重了学生的学习过程，但是在一些问题的处理上由于考虑了课的完整性，太过急躁，给学生留的思考时间太少，还有在探究过程中对个别学生的指导工作还不够。课堂上的一些细节处理的不好，比如在观看全反射实验的视频时，本应该多播放几遍，加深对现象的观察，但是学生看了一遍，就以为学生看明白了，因而使这部分视频没有发挥应有的效果。另外，对学生的评价太过单调。这些均应在今后的教学中不断的调整合完善。

专家点评

全反射在高考考纲中是Ⅱ类要求，是光学知识的重点。教师流畅的课堂教学流程、各教学环节的自然的过渡衔接、简洁干练的课件设计和生动体现交互、互动功能的白板辅助教学的应用，会让学生求知若渴，积极参与，轻易的获取新知。如能在课堂上更注重学生在合作探究过程中的有效引导，并确保探究活动的充分性，课堂效果会更加理想。