“新课标”要求培养学生物理学科核心素养，为学生终身发展、为应对未来社会发展的挑战打下基础．在新情境中运用所学知识，理性分析问题、解决问题的过程，有助于提高学生的科学思维和科学探究能力．教师如抓住合适的契机，选取有针对性的课题，可促进学生物理学科素养的发展．学生在初中阶段会较为系统地学习几何光学知识，这为拓展性的研究打下了知识基础．

针对教学要求和学生情况，笔者选择“用光学方法实现隐形”作为光学部分拓展性研究的课题，取得了良好的教学效果．“隐形”是很多孩子的梦想，可以很好地激发学生的学习兴趣．“隐形”可以利用反射、折射的规律，通过平面镜、水槽、凸透镜等多种方式实现，所以探究的过程是学生在新情境中，综合运用所学光学知识解决问题的过程，有利于培养学生的思维能力和科学探究能力．

1情境的设定

情境：如图1所示，某国发射了一颗间谍卫星，用来监测我国卫星的动态．当我们在自己卫星前加装一个激光武器时，就会被它发现．如何让间谍卫星发现不了我国卫星的变化呢？也就是，如何让这个激光武器隐形呢？这就是我们要研究的问题．

图1 设定的情境图

在这个情境中，间谍卫星相当于“观察者”，激光武器是“被隐形物”，我国卫星相当于“背景”．

2隐形的条件

一个物体发出或反射的光进入“观察者”眼中，“观察者”就能看到该物体．可见，如希望“被隐形物”不被看到，就要让“被隐形物”反射的光不进入“观察者”眼中．希望“背景”被看到，就要让“背景”光进入“观察者”眼中．也就是说要让“背景”光绕过“被隐形物”后进入“观察者”眼中．也就是要改变光的传播方向，流程如图2所示．想改变光的传播方向，从原理上来说，可以采用反射或折射；从器件上来说，反射可以使用平面镜，折射可以使用水槽、凸透镜等．这就为器材的选择提供了一个基本思路．

此外，为了让“观察者”不察觉出变化，还要让“背景”不变形．凭借生活经验，人会认为进入眼中的光线是沿直线传播而来的．所以，要让“背景”光绕过被隐形物体后，仍回到原来的传播路径上，才可以让“背景”看起来不变形．这就为光路的设计提供了一个基本思路．

图2 分析问题的基本思路

3实现方案

3.1利用平面镜反射实现隐形

为方便课堂讨论，我们先来模拟一下卫星与激光武器的情境．如图3(a)所示，用左侧的泡沫板代表我国卫星的一个侧面，也就是“背景”，为方便观察，在泡沫板上用“+”和“△”标记了两个位置；用金属块代表激光武器，也就是“被隐形物”；用摄像头代表间谍卫星，也就是“观察者”．在摄像头中可以看到“背景”上的“+”字标记和作为“被隐形物”的金属块，如图3(b)所示．

图3 模拟设定的情境

如何才能让金属块不被看到呢？

学生甲提出：在“被隐形物”和“观察者”之间加一个平面镜，如图4所示．“被隐形物”反射的光会被平面镜挡住，这样“被隐形物”就不会被“观察者”看到了．听起来似乎有道理，但尝试一下就会发现，“被隐形物”虽然不会被看到，但“观察者”看到的也不再是“背景”，而是上方的物体，比如图4中的糖果盒．也就是说，这个方案会使“背景”变形，让“观察者”发现异常，显然是不符合隐形的要求的．

图4 学生甲提出的方案

学生乙提出：用两面反射镜，按潜望镜中平面镜的位置摆放，就仍可看到“背景”了，如图5所示．这回我们确实看到“背景”了，但看到的是“背景”上的“△”形标记，而不是原来的“+”字形标记，也就是说在“观察者”看来，“背景”还是变形了，不符合隐形的要求．

图5 学生乙提出的方案

学生丙提出：用4个平面镜，如图6所示摆放．“被隐形物”反射的光由于平面镜的阻挡，不会进入“观察者”眼中．而“背景”光经4个平面镜的反射，绕过“被隐形物体”进入“观察者”眼中．无论“被隐形物”存在与否，都不会影响“背景”光的传播．“观察者”凭生活经验会认为光是沿直线传播的，能看到“背景”，我们就会认为“背景”和“观察者”之间的直线上应没有任何阻挡，从而认为“被隐形物”不存在．这就实现了隐形！

图6 学生丙提出的方案