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當光從水中射入空氣時
【導言】
當光從空氣斜射入水中時，折射光線將會朝靠近法線的方向偏折，即折射角會小于入射角。如果再問你：當光從水中斜射入空氣時，折射光線將會向哪個方向偏折呢？你會作出怎樣的回答呢？你也許會覺得這個問題太簡單了：那不是倒一下，即折射光線將朝遠離法線的方向偏折嗎？但要明白，你在回答問題時已經知道了答案。但在一個初學者看來，這個問題是不是也有那么簡單呢？
【案例】
今天，姚老師在上初一《科學》第一章中“光的折射”這一課題，她先做了一個實驗：讓光從空氣斜射入半圓形玻璃磚的平面上，學生看到光進入玻璃磚后，在玻璃磚內光路發生了偏折，折射角小于入射角，如圖1所示。然后將這一現象進行拓廣，指出：光從空氣進入水內，也會出現同樣的現象，像這種光從一種物質進入另一種物質后，光路發生偏折的現象，叫做光的折射。在這一基礎上，姚老師又問學生：如果讓光從水中斜射到空氣（如圖2），光路將會發生怎樣的變化呢？并要求學生進行猜測，把猜測的結果畫在圖上。
圖1 圖2
光從空氣斜射入水中，折射角會小于入射角。那么，光從水中斜射入空氣中時，折射角那當然是大于入射角了。這么簡單的事情，還有必要讓學生去做一遍嗎？我到學生中轉了一圈，卻發現在教師看來是如此簡單的問題，在學生看來卻并不那么簡單。學生中出現的畫法有三種，如圖3所示。
甲 乙 丙
圖3
學生為什么會出現那么多的畫法？他們在畫圖時頭腦里究竟是怎樣想的？能夠畫出正確的光路（如圖乙）的學生是否真的就掌握了相關的知識？帶著這些問題，我與學生進行了晤談。
我走近一個畫出甲圖的學生，問：你為什么將折射光線靠近法線方向呢？學生回答：光從一種物質進入另一種物質時會發生折射，所以會向法線方向偏折。噢！原來他將光的折射局限地理解為折射光線向法線靠近，這叫以偏概全。
學生畫出的乙圖顯然是正確的，但是，這些學生真的都懂了嗎？不定帶著這個問題，我又走近一位畫出乙圖的學生，問：你為什么將折射光線畫成偏離法線呢？學生回答：從空氣射入水中時，光線會靠近法線，現在光線是從水中射向空氣，當然會偏離法線羅。他回答得不錯，但我沒有罷休，進一步追問：為什么光從水中射向空氣時，光線就會偏離法線，而不是像剛才那樣靠近法線呢？這個問題把學生逼到了絕路，因為學生確實缺乏足夠的依據。他作出這個判斷依靠的是直覺。雖然這個直覺是正確的，但在許多情況下，直覺卻是不可靠的，需要進一步的嚴格的證明和檢驗。雖然學生在學習光的反射知識時知道，光的反射現象中光路是可逆的，但在光的折射現象中，光路是否也是可逆卻并不清楚。所以，面對我的問題，這位學生想了想，一笑，搖搖頭說：還是不懂?？磥?，即使得到了正確的答案，也不一定真懂。
畫出丙圖的學生只是少數幾個，我也上去問了其中的一位：光從空氣斜射入水中時會發生偏折，光從水中射入空氣中時為什么是筆直的呢？學生回答：光從空氣射到水中時會發生折射，所以光線會彎折，但從水中射向空氣中是否也會發生折射我想不清楚，所以我沒把光線畫成彎折了！他說的也蠻實在。其實，大家都沒有足夠的依據，無論畫對畫錯，都有猜測的成分。
【反思】
這就是學生，這就是初學者，我們不能將一個專家認為顯然的結論簡單地強加給初學者，也不能用一個專家的標準要求初學者。所以，為了使學生確認光從某種物質斜射入真空或空氣中時，折射光線將會向遠離法線的方向偏折，進而認識在折射現象中，光路也是可逆的。僅僅做一下光從空氣進入玻璃磚的實驗是不夠的。如果我們用光路可逆的原理去推出結論也是因果顛倒的。一個可取的選擇是：在開始的顯示折射現象的實驗時，不用半圓形玻璃磚，而是用方形玻璃磚。方法如下：
如圖4，當光從空氣斜射入方形玻璃磚時，光透過后將發生平行地側移。這樣，學生可以看到，在第一個界面上（光從空氣斜射入玻璃），光線發生的偏折是：折射光線靠近法線方向，折射角小于入射角。而在第二個界面上（光從玻璃斜射入空氣），光線發生的偏折是：折射光線遠離法線方向，折射角大于入射角。
這個案例啟示我們，學生對世界往往有自己的想法，雖然其中有些想法是錯誤的，但在他們看來卻是合理的?？茖W教育必須走近學生，真切地了解學生的各種可能的想法。教 圖4
學策略只有針對學生的實際，才能收到滿意的效果。

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