高中物理概念深度教學(xué)的“五個(gè)維度”
——以“光的全反射”聽評(píng)課為例

孟擁軍

(江蘇省高淳高級(jí)中學(xué)，江蘇 高淳 211300)

高中物理概念深度教學(xué)的“五個(gè)維度”
——以“光的全反射”聽評(píng)課為例

孟擁軍

(江蘇省高淳高級(jí)中學(xué)，江蘇 高淳 211300)

物理概念教學(xué)研究也許是“老調(diào)”,“新彈”的原因是當(dāng)前的高中物理概念教學(xué)依然缺乏深度、甚至無(wú)效．在此提出從“適切的導(dǎo)入、逼真的情景、精當(dāng)?shù)脑O(shè)問(wèn)、切身的體悟、主動(dòng)的生成”這5個(gè)維度來(lái)設(shè)計(jì)概念教學(xué),旨在引領(lǐng)教師要深入研究學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的起點(diǎn)在哪里,學(xué)生可能會(huì)在哪個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)上有困惑、是什么困惑;旨在引領(lǐng)教師要究根學(xué)生背后的思維、究根精當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法,以突破學(xué)生的思維“瓶頸”,將思維引向有序、引向深層,凸顯物理概念學(xué)習(xí)的深度．

導(dǎo)入； 情景； 設(shè)問(wèn)； 體悟； 生成

在深入推進(jìn)課堂教學(xué)改革的大背景下,我校物理教研組成功申報(bào)了江蘇省十三·五規(guī)劃重點(diǎn)課題“高中物理概念學(xué)習(xí)的深度教學(xué)實(shí)踐研究”.課題組對(duì)校內(nèi)、外多節(jié)物理概念教學(xué)的常態(tài)課、公開課和優(yōu)質(zhì)課進(jìn)行了深度研討,總結(jié)了高中物理概念深度教學(xué)的“5個(gè)維度”,即:適切的導(dǎo)入、逼真的情景、精當(dāng)?shù)脑O(shè)問(wèn)、切身的體悟、主動(dòng)的生成．現(xiàn)以“光的全反射”一節(jié)的聽評(píng)課為例加以說(shuō)明．

1 適切的導(dǎo)入

評(píng)書開講時(shí),常擲地有聲、先聲奪人．課堂教學(xué)的導(dǎo)入就好比提琴家上弦、歌唱家定調(diào),第一個(gè)音定準(zhǔn)了,就為整個(gè)演奏和歌唱奠定了良好的基礎(chǔ)．適切的導(dǎo)入能集中學(xué)生的注意力,引領(lǐng)研究的方向,有著“從旁指點(diǎn)桃源路,引得漁郎來(lái)問(wèn)津”的功效．

教學(xué)實(shí)錄1.

圖1 圖2

導(dǎo)入2:演示“消失”的硬幣:教師將硬幣放在硬紙板上,再放上一個(gè)空玻璃杯(如圖3),來(lái)回走動(dòng)并問(wèn)學(xué)生“看到硬幣了嗎”,然后向玻璃杯中加入半杯水(如圖4),再讓學(xué)生觀察,并問(wèn)“看到硬幣了嗎”．

圖3 圖4

接著教師演示“神奇”的玻璃導(dǎo)光,教師提出“同學(xué)們?nèi)粘？吹降墓饪偸茄刂本€傳播,對(duì)吧”．然后拿出1根彎曲的玻璃棒并用激光筆照射,紅光沿彎曲的玻璃棒傳播(如圖5)．學(xué)生正用“神奇”的目光注視玻璃棒時(shí),教師又將通紅的玻璃棒放入裝有縫紉機(jī)油的燒杯中,此后玻璃棒中的紅光不見了,而跑到了燒杯的底部(如圖6),學(xué)生都驚訝地齊喊“哇塞”．教師任由學(xué)生交頭接耳,轉(zhuǎn)身在黑板上寫下“13.2全反射”這一標(biāo)題．

圖5 圖6

聽課評(píng)價(jià)： “適切的導(dǎo)入”可以強(qiáng)化學(xué)生的感知態(tài)度,吸引學(xué)生的眼球,使學(xué)生對(duì)新課有一種期待．本環(huán)節(jié)教學(xué)中,教師巧用“認(rèn)知沖突”,學(xué)生感受到原有概念“失效”了,促進(jìn)了原有概念“解構(gòu)”．教師妙用“新異刺激”,使學(xué)生處于“憤”的心理狀態(tài),激起了學(xué)生“心求通”的愿望．“適切的導(dǎo)入”猶如微風(fēng)乍起,吹皺一池春水,陣陣漣漪打破了學(xué)生腦海中的平靜,攪動(dòng)了學(xué)生的認(rèn)知波瀾．而教師只出示主題沒(méi)有解釋緣由,達(dá)到了“從旁指點(diǎn)桃源路,引得漁郎來(lái)問(wèn)津”的效果．

觀摩反思： 導(dǎo)課的具體形式是多樣的,有故事講述導(dǎo)入、體驗(yàn)式導(dǎo)入、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入、設(shè)疑導(dǎo)入、復(fù)習(xí)導(dǎo)課等．適切的導(dǎo)入應(yīng)在新穎性、趣味性、簡(jiǎn)潔性的前提下,與學(xué)習(xí)者的實(shí)際情況相匹配,與學(xué)習(xí)者面臨的學(xué)習(xí)任務(wù)和特定的情境相契合．也就是說(shuō)新課導(dǎo)入必須因人而異、因課而異,最適合的才是最好的．

2 逼真的情景

課堂教學(xué)中,“情境”始終是一個(gè)核心和關(guān)鍵的元素,它是連接師、生、知識(shí)三體的紐帶,是課堂文化的載體,是學(xué)生認(rèn)知活動(dòng)的媒介．“逼真的情景”為學(xué)生建構(gòu)概念提供豐富的感觀,是新概念建立的思維助手,引領(lǐng)學(xué)生拾級(jí)而上,是物理概念深度學(xué)習(xí)的必備條件．

教學(xué)實(shí)錄2.

圖7

教師演示1:觀察如圖7所示的激光演示儀中的激光光路的變化?交流看到的現(xiàn)象?這能說(shuō)明什么?

學(xué)生:隨著入射角增加,折射角增大,折射光線的亮度減弱,反射光亮度增強(qiáng),入射角增大到某一值時(shí),折射角達(dá)到90°,此后折射光完全消失,只剩入射光和反射光(如圖8)．

圖8 圖9

入射角折射角30°60°31°63°32°67°33°71°34°76°35°84°35．2°89°35．3°90°35．4°？

圖10

教師演示2:觀察如圖10所示激光演示儀中的激光光路的變化?交流看到的現(xiàn)象?這能說(shuō)明什么?

學(xué)生:隨著入射角增加,折射角增大,折射角總小于入射角,當(dāng)入射角接近90°時(shí),折射角小于90°,即仍然有折射光線,也就是不會(huì)發(fā)生全反射(如圖11)．

圖11 圖12

教師演示3:如圖12所示，觀察激光在盛水的U型管中的光路(管壁玻璃很薄,可以忽略),交流看到的現(xiàn)象?這能說(shuō)明什么?(學(xué)生歸納:激光入射到水與空氣的分界面時(shí),只有入射與反射光線,說(shuō)明激光全部反射,而沒(méi)有折射，即全反射.)

教師演示4:將盛水的U型管放入水中,再用激光斜射到管口．(學(xué)生歸納:激光不彎折,而是進(jìn)入U(xiǎn)型管外的水中傳播．)

聽課評(píng)價(jià)： 夸美紐斯說(shuō)過(guò)“一切知識(shí)都是從感觀開始的”．教師的課堂導(dǎo)入置學(xué)生于“心求通而未得其意”之境,而本環(huán)節(jié)教學(xué)中的創(chuàng)意演示,呈現(xiàn)了一道一道視覺“盛宴”,使學(xué)生思維之門頓開,達(dá)成了“開其意”之目的．教師并沒(méi)有太多的言辭,只是運(yùn)用對(duì)比實(shí)驗(yàn)以啟思,營(yíng)造了“接天連葉無(wú)窮碧,映日荷花別樣紅”的課堂畫面,可謂“無(wú)語(yǔ)處皆成妙境,無(wú)語(yǔ)處盡得風(fēng)流”．

觀摩反思：以抽象的、無(wú)背景的方式去教授教學(xué)內(nèi)容,必然導(dǎo)致“惰性”的知識(shí)．[1]每一個(gè)物理概念都是在大量觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用邏輯思維的方法,將物理現(xiàn)象、物理過(guò)程的本質(zhì)屬性加以抽象和概括而形成的．從學(xué)生身邊的或易產(chǎn)生興趣的事物或現(xiàn)象入手,創(chuàng)設(shè)豐富多彩的“經(jīng)歷型”和“體驗(yàn)式”教學(xué)情景,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的情感,激活學(xué)生的思維,“物理概念學(xué)習(xí)由表層的符號(hào)認(rèn)知走向深度理解”必將由應(yīng)然走向必然．因此,物理概念教學(xué)要“聚焦”概念背后的故事,像科學(xué)家一樣思考,使學(xué)生的概念建構(gòu)過(guò)程成為形成學(xué)法的過(guò)程,必有“牧童遙指杏花村”般地可觸摸的價(jià)值導(dǎo)向．

3 精當(dāng)?shù)脑O(shè)問(wèn)

《禮記·學(xué)記》中說(shuō)“善問(wèn)者如攻堅(jiān)木:先其易者,后其節(jié)目”．精當(dāng)?shù)脑O(shè)問(wèn)如同開山的斧子、深耕的犁杖,發(fā)揮著“搭橋引路、拋磚引玉、穿針引線、投石激浪”等功效,是學(xué)生深度建構(gòu)物理概念的催化劑,“精”指的是精煉扼要、言簡(jiǎn)意賅,“當(dāng)”指的是得當(dāng)、切中要害、啟迪思維．

教學(xué)實(shí)錄3.

(教師)經(jīng)歷上述對(duì)比實(shí)驗(yàn)的觀察,請(qǐng)運(yùn)用觀察所獲得的認(rèn)識(shí)回答下列問(wèn)題:

(1) 各種材料的折射率如表2所示.下列哪些情況,光進(jìn)入兩種介質(zhì)的分界面可能發(fā)生全反射現(xiàn)象?

A組 B組

空氣→玻璃 玻璃→空氣

空氣→水 水→空氣

水→玻璃 玻璃→水

水晶→金剛石 金剛石→水晶

表2

(2) 設(shè)某種介質(zhì)的折射率為n,光由該介質(zhì)進(jìn)入真空或空氣中恰好能發(fā)生全反射,此時(shí)入射角為多少?(用三角函數(shù)表示即可)

(3) 光發(fā)生全反射的條件有哪些?

聽課評(píng)價(jià)： 蘇格拉底認(rèn)為“最有效的教育方法不是告訴人們答案,而是向他們提問(wèn)”．確實(shí),教師設(shè)計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)有強(qiáng)烈的吸引力,能激發(fā)學(xué)生的興趣,可是有的學(xué)生只圖一時(shí)的新鮮,不求甚解,有的僅僅是湊湊熱鬧而已．為了促進(jìn)學(xué)生深度建構(gòu)科學(xué)概念,教師必須趁熱打鐵,通過(guò)問(wèn)題激發(fā)學(xué)生對(duì)“感觀”進(jìn)行反思和提煉．本環(huán)節(jié)教學(xué)中的問(wèn)題1天然清新,摒棄纖麗浮華的敷飾,為學(xué)生提供折射率參數(shù)表,很好地啟發(fā)了學(xué)生在對(duì)比中建構(gòu)“只有光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)才可能發(fā)生全反射”這一條件,可謂“豪華落盡見真淳”．問(wèn)題2需要學(xué)生運(yùn)用折射定律做一定的運(yùn)算推導(dǎo),是對(duì)“感觀”中所獲信息的“遷移與拓展”．問(wèn)題3是簡(jiǎn)樸的歸納性提問(wèn),是對(duì)問(wèn)題1和2的總結(jié),為學(xué)生留足自主建構(gòu)的時(shí)間與空間．3個(gè)問(wèn)題形成的“問(wèn)題串”蠶食鯨吞,“全反射條件”的教學(xué)生成自然順暢．

觀摩反思： 深度學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)“只有學(xué)習(xí)者自己才能夠建構(gòu)新概念,沒(méi)有人可以替代學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)”．但是由于概念學(xué)習(xí)的復(fù)雜性,由學(xué)習(xí)者單獨(dú)發(fā)現(xiàn)“概念的全部要素”是極其困難的．[2]這時(shí),教師的作用就顯得很重要,教師雖然不能直接傳遞概念的符號(hào)及意義給學(xué)生,但是可以設(shè)計(jì)精當(dāng)?shù)膯?wèn)題與學(xué)習(xí)者進(jìn)行心智互動(dòng),促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生．精當(dāng)?shù)脑O(shè)問(wèn)如同開山的斧子、深耕的犁杖,開挖“于無(wú)疑處生疑”的源頭活水,教學(xué)生成自然是“嫁與春風(fēng)不用媒”．

4 切身的體悟

知識(shí)不僅僅是作為一個(gè)名詞(knowledge)來(lái)接受,而是作為一個(gè)動(dòng)詞(knowing)來(lái)經(jīng)歷．[3]物理概念教學(xué)要?jiǎng)?chuàng)設(shè)體悟式教學(xué)活動(dòng),讓學(xué)生用“身”體之,以“心”悟之,最大限度地動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)眼、動(dòng)腦,使教學(xué)成為學(xué)生自己的學(xué)習(xí)活動(dòng),使物理概念的學(xué)習(xí)由表層的符號(hào)認(rèn)知走向深度理解,從而實(shí)現(xiàn)概念教學(xué)的多重價(jià)值．

教學(xué)實(shí)錄4.

經(jīng)歷上述3個(gè)過(guò)程的教學(xué),學(xué)生已初步理解了“光的全反射”這一新概念,但多數(shù)學(xué)生還處在符號(hào)層面的淺層理解水平,要使新概念與原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)相融合,并將眾多思想相互關(guān)聯(lián),教師必須提供調(diào)用新概念解決問(wèn)題的情境,新習(xí)得的概念才能真正安置下來(lái)．教學(xué)過(guò)程如下.

問(wèn)題1.如圖13(a)(b),讓一束激光垂直等腰直角三棱鏡的直角邊或斜邊入射,設(shè)該玻璃的折射率為1.5,試畫出光路圖，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性.

圖13

圖14

拓展與遷移:如圖15(a)(b)所示，簡(jiǎn)述雙筒望遠(yuǎn)鏡、自行車尾燈中的等腰直角三棱鏡對(duì)光的作用?

圖15

問(wèn)題2.做一做:如圖16所示，從礦泉水瓶背面用激光筆照射小孔,觀察流出的水柱,看到了什么?試解釋這一現(xiàn)象?

遷移拓展1:想一想:如圖17所示，“絢麗多彩的噴泉夜景”是怎樣形成的呢,畫圖解釋.

遷移拓展2:光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲,直徑只有幾μm到100 μm之間,由內(nèi)芯與外套兩層組成,光信號(hào)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生了全反射,如圖18所示.內(nèi)芯的折射率與外套的折射率相比,哪個(gè)大?

圖16 圖17

圖18

遷移拓展3:(光導(dǎo)纖維應(yīng)用演示儀)用光導(dǎo)纖維傳遞載有手機(jī)音樂(lè)信號(hào)的光,并通過(guò)揚(yáng)聲器播放出來(lái),試解釋其工作原理.

聽課評(píng)價(jià)： “紙上得來(lái)終覺淺,絕知此事要躬行”．本環(huán)節(jié)教學(xué)中,教師的“問(wèn)題1及拓展”采用了從理論到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的教法,學(xué)生既調(diào)用了“光的全反射”這一新概念,也直觀感受了新概念的特征和意義,為新概念的安置找到了“固著點(diǎn)”．在“問(wèn)題1及拓展”的教學(xué)中,教師讓學(xué)生通過(guò)“做一做”和“想一想”先體驗(yàn),再讓學(xué)生構(gòu)建“光導(dǎo)纖維的物理模型”,最后回答問(wèn)題,其目的是引導(dǎo)學(xué)生借助“水流導(dǎo)光”這一思維助手來(lái)“悟”出光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及原理,化抽象為直觀、分散了難點(diǎn)、減小了“臺(tái)階”的梯度．“教之道在于度,學(xué)之道在于悟”就是這個(gè)道理．

觀摩反思： 美國(guó)著名心理學(xué)家舒爾曼(1985年)指出:應(yīng)該意識(shí)到學(xué)習(xí)的本質(zhì)不只是“做”(doing),也包括對(duì)“做”的思考(thinking)．“做”中學(xué)、“用”中學(xué),是深度學(xué)習(xí)的重要策略．物理教師應(yīng)懂得課堂不僅僅是呈現(xiàn)“鮮花”或傳授“一桶水”,更應(yīng)該有“花開的聲音”,更應(yīng)有生命的張揚(yáng)與智慧的激蕩,所以,課堂上最美的是學(xué)生生命“拔節(jié)”的聲音．讓學(xué)生經(jīng)歷切身的體悟,課堂才有生命的張力．“切身的體悟”總以“生長(zhǎng)”的姿態(tài)指向生命力在原有基礎(chǔ)上逐漸強(qiáng)大．

5 主動(dòng)的生成

蘇霍姆林斯基說(shuō)過(guò):在人的心靈深處,都有一種根深蒂固的需要,就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者．物理概念的學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動(dòng)對(duì)概念建立關(guān)聯(lián),并使這樣的關(guān)聯(lián)活化的過(guò)程．教師不可能直接地滲入學(xué)習(xí)者個(gè)體的思維,但可以順應(yīng)學(xué)生的需要和狀態(tài)來(lái)操作教學(xué)環(huán)境,引導(dǎo)他們深度學(xué)習(xí)．[4]讓不同層次的學(xué)生都能全身心投入思考和活動(dòng),學(xué)習(xí)者方能“有所知、有所悟、有所發(fā)現(xiàn),甚至有所創(chuàng)造”,這便是主動(dòng)生成的標(biāo)志．

教學(xué)實(shí)錄5.

問(wèn)題1.做一做:通過(guò)彎曲并列的玻璃磚觀察酒精燈,能看到什么?為什么?(如圖19)

交流討論1:在海面附近,空氣溫度較低,空氣密度大,折射率較大,上層空氣溫度高,折射率較小,因此隔著海觀察對(duì)岸的城市像懸在空中一樣,即為生活中“海市蜃樓”奇觀,試解釋這一現(xiàn)象?(如圖20)

圖19 圖20

交流討論2:在沙漠上,地表附近空氣溫度較高,空氣稀薄,因而折射率較小,而上層空氣溫度低,折射率較大,看遠(yuǎn)處一顆樹是倒立的,也是一種“海市蜃樓”奇觀,試解釋這一現(xiàn)象?(如圖21)

交流討論3:夏天,在平坦的柏油路上,你會(huì)看到在一定的距離之外的地面顯得格外明亮,仿佛是一片“水面”,當(dāng)你向前運(yùn)動(dòng)時(shí),這片“水面”也向前移動(dòng)．試解釋這一現(xiàn)象?(如圖22)

圖21 圖22

問(wèn)題2.解開硬幣“消失”之謎?

提示1.玻璃杯不加水時(shí),你能從側(cè)壁看到硬幣,這是什么原因?(生:硬幣發(fā)出的光經(jīng)空氣、薄玻璃從側(cè)壁進(jìn)入人的眼睛)

提示2.玻璃杯加水后,你從側(cè)壁看不到硬幣,這是什么原因?(生:硬幣發(fā)出的光不能從側(cè)壁射出,人眼看不到硬幣發(fā)出的光．師:硬幣發(fā)出的光去了哪里呢?試畫出光路，如圖23.)

圖23

聽課評(píng)價(jià)： 教師平鋪直敘地創(chuàng)設(shè)情景或提出問(wèn)題,只會(huì)使學(xué)生感到平淡無(wú)味,也難以啟迪學(xué)生的思維．本環(huán)節(jié)教學(xué)中,教師先讓學(xué)生通過(guò)彎曲的玻璃棒觀察酒精燈,這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與“海市蜃樓”奇觀很接近,這一觀察為后續(xù)學(xué)生的交流討論“搭臺(tái)引路”．3個(gè)拓展性問(wèn)題都是生活化情境,緊密聯(lián)系學(xué)生的日常生活和切身感受,增添了物理認(rèn)知的新鮮度．學(xué)生互動(dòng)中,相異觀點(diǎn)的“協(xié)商”并“碰撞”激發(fā)學(xué)習(xí)者主動(dòng)探索和深入思考,學(xué)習(xí)的蹊徑也就增加了“接點(diǎn)”,探索的激情也被旺盛的激起．這樣的教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)者而言,有著“金風(fēng)玉露一相逢,便勝卻人間無(wú)數(shù)”之功效．

觀摩反思： 應(yīng)試“指揮棒”下的“高效”課堂從來(lái)就容不下生成的時(shí)間和空間,缺乏讓學(xué)生主動(dòng)參與、親身體驗(yàn)、積極建構(gòu)的過(guò)程,教學(xué)便失去了靈動(dòng)的活力、缺乏必要的深度和應(yīng)有的發(fā)展性．以“交流討論”為主,多元互動(dòng)、多邊互動(dòng)的課堂,將學(xué)生卷入教學(xué)活動(dòng)中,常常有“乘風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)”的佳境．

6 結(jié)論

當(dāng)然,物理概念教學(xué)的“5個(gè)維度”不孤立的,應(yīng)該是一個(gè)統(tǒng)一的整體,具有內(nèi)在的一致性．在教學(xué)層面不應(yīng)把它們相互割裂開來(lái)分別地加以設(shè)計(jì),這很容易導(dǎo)致課堂教學(xué)支離破碎．“5個(gè)維度”也不是5條互不相交的“平行線”,而存在著“交集”．各維度的思想應(yīng)該在每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中努力滲透,使它們發(fā)揮著相輔相成、同構(gòu)共融的整體功能,概念課堂的魅力將無(wú)處不在,無(wú)時(shí)不有．

1 孫可平，鄧小麗.理科教育展望[M].上海： 華東師范大學(xué)出版社，2002:10.

2 焦?fàn)柈?dāng)，安德烈，裴新寧，變構(gòu)模型:學(xué)習(xí)研究的新路徑[M].杭零，譯.北京:教育科學(xué)出版社,2010:178-188.

3 郭元祥.知識(shí)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與深度教學(xué)[J].課程·教材·教法,2009(11):20-21.

4 李松林.深度教學(xué)的四個(gè)實(shí)踐著力點(diǎn)——兼論推進(jìn)課堂教學(xué)縱深改革的實(shí)質(zhì)與方向[J].教育理論與實(shí)踐,2014(31):53-56.

本文為江蘇省教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“高中物理概念學(xué)習(xí)的深度教學(xué)實(shí)踐研究”階段性成果,課題編號(hào):B-b/2016/02/51;江蘇省教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“指向深度學(xué)習(xí)的高中物理教學(xué)研究”階段性成果,課題編號(hào):B-b/2016/02/45.

2017-05-12)