遞進(jìn)式實驗教學(xué)的實踐與思考

黃曉明

[摘 要]基于實驗在物理教學(xué)中的重要作用，設(shè)計具有邏輯關(guān)聯(lián)、螺旋上升的遞進(jìn)式實驗，有助于學(xué)生在體驗、探究、逐層推進(jìn)的學(xué)習(xí)過程中，獲得知識，提升能力。遞進(jìn)式實驗教學(xué)由情境性實驗、體驗性實驗、探究性實驗、應(yīng)用性實驗和拓展性實驗等構(gòu)成。教學(xué)中，一要重視設(shè)置懸念引入課題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；二要選用高效創(chuàng)新教具，提高教學(xué)有效性；三要突出遞進(jìn)式實驗教學(xué)的主導(dǎo)作用，輔以其他教學(xué)方法。

[關(guān)鍵詞]遞進(jìn)式；實驗教學(xué)；實踐；思考

[中圖分類號] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）26-0045-03

物理實驗教學(xué)的重要性早已為廣大物理教師所認(rèn)識與理解。然而從實際教學(xué)情況來看，卻不盡如人意。主要體現(xiàn)在兩個方面：一是實驗的設(shè)計缺乏明確的目標(biāo)指向，隨意性較突出，未能有效促進(jìn)學(xué)生的深度思考；二是實驗的設(shè)計與實施過程比較單一，沒有形成相互關(guān)聯(lián)、作用互補(bǔ)的系列實驗，未能真正將學(xué)生的思維引向深入。研究表明，加強(qiáng)遞進(jìn)式實驗教學(xué)的設(shè)計與應(yīng)用，可以有效解決上述問題。

一、遞進(jìn)式實驗教學(xué)的要義

遞進(jìn)式實驗教學(xué)是指依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生學(xué)情，將實驗教學(xué)進(jìn)行有效分層，使實驗教學(xué)的實施按由淺入深、由基礎(chǔ)到研究再到拓展的順序遞進(jìn)式地展開，課程的實施逐級推進(jìn)，拾級而上。遞進(jìn)式實驗教學(xué)的設(shè)計理念是：以連續(xù)、遞進(jìn)式的實驗為主線，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效整合，逐層推進(jìn)教學(xué)，促使學(xué)生在觀察與實驗的過程中，形成自主學(xué)習(xí)的動機(jī)，在分析解決問題的過程中，獲得知識和方法，逐步提升學(xué)科核心素養(yǎng)，從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

基于上述理念的實驗教學(xué)，需要教師設(shè)計一系列演示和分組實驗，形成螺旋上升的實驗鏈，為學(xué)生搭建一個個學(xué)習(xí)平臺，讓學(xué)生逐層探索，最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。遞進(jìn)式實驗教學(xué)中的每一個實驗都需要具有一定的層次性和驅(qū)動性，相互之間具有關(guān)聯(lián)性和邏輯性。通?？梢詣澐譃榍榫承詫嶒灐Ⅲw驗性實驗、探究性實驗、應(yīng)用性實驗和拓展性實驗。情境性實驗主要目的是創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與動機(jī)；體驗性實驗給學(xué)生提供第一手感性素材及直觀認(rèn)識，起到積累、準(zhǔn)備與鋪墊的作用；探究性實驗是整個遞進(jìn)式實驗中的核心實驗，可以由幾個實驗共同組成；應(yīng)用性實驗是為了對已開展的教學(xué)過程，進(jìn)行檢驗、反饋與矯正；拓展性實驗是對學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法的多維度延伸與拓展。應(yīng)用遞進(jìn)式實驗教學(xué)設(shè)計課堂教學(xué)的邏輯模型如圖1所示。

二、遞進(jìn)式實驗教學(xué)的實踐應(yīng)用

以蘇科版物理教材八年級上冊《光的反射》教學(xué)為例。

1.情境性實驗：光學(xué)暗盒

教師將激光筆放置在黑板上（圖2），看到射出的激光在黑板上成一條直線傳播，說明了光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。

師：若用擋板放在激光筆前，光能被擋住嗎？

生：能擋住，光被不透明的物體擋住了。

讓激光照射盒子的小孔，我們發(fā)現(xiàn)光能從另一小孔射出。

師：將擋板插入盒中，還有光射出來嗎？

學(xué)生猶豫中，此時教師將擋板插入盒中（圖3），發(fā)現(xiàn)仍然有光射出，從而引入了這節(jié)課的主題——光的反射（板書）。

評析：在本節(jié)課的開始就利用新奇的實驗，讓學(xué)生盡快融入課堂，通過觀察到的實驗現(xiàn)象，不僅能讓學(xué)生回憶起“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”這一舊知識，還能引起學(xué)生新的思考：光在盒中究竟是怎樣傳播的？該實驗?zāi)芷鸬匠猩蠁⑾碌淖饔谩?/p>

2.體驗性實驗：觀察光的反射現(xiàn)象

教師將激光筆放置在黑板上，我們看到射出的激光在黑板上成一條直線傳播，在傳播路徑上放置一塊平面鏡（圖4），觀察反射現(xiàn)象，利用描點(diǎn)法畫出光路圖，根據(jù)光路圖介紹光反射時的一些術(shù)語。

教師改變激光筆的位置，改變?nèi)肷涔饩€，隨著入射角的增大，反射角也隨之變化，根據(jù)這一現(xiàn)象，請學(xué)生猜想：反射角與入射角有什么關(guān)系？

生：兩角相等。

師：如何證實你們的猜想。

生：需要光源、平面鏡和帶有角度的光屏，多次實驗，記錄入射角和反射角。

評析：光的反射現(xiàn)象，在生活中普遍存在，但在具體研究其傳播特點(diǎn)時，沒有直接的觀察和體驗，對它的猜想往往是沒有依據(jù)的，對其后的探究也是不利的。

3.探究性實驗：探究光的反射定律

（1）探究“兩角”關(guān)系

教師指導(dǎo)學(xué)生調(diào)好光束，使光束在光屏所在的平面內(nèi)，并使光屏上能顯示出光束的徑跡（圖5），學(xué)生進(jìn)行分組實驗，教師巡視。

最后得到：光反射時，反射角等于入射角。

（2）探究“三線”關(guān)系

教師將竹簽插在泡沫上，模擬入射光線和法線，請學(xué)生利用第三根竹簽來表示反射光線，模擬光的反射現(xiàn)象。

學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，將第三根竹簽插在了入射光線與法線確定的平面上（圖6）。

師：如何證實三線是共面的？

生：利用能折疊的平板，觀察并確定反射光線所在的位置。

教師在講臺上利用大型光學(xué)器材，進(jìn)行演示實驗（圖7）。

得出：光反射時，入射光線、法線和反射光線在同一平面內(nèi)（板書）。

教師繼續(xù)將竹簽插入泡沫塑料中，模擬光的反射現(xiàn)象，使得入射光線、法線和反射光線處于同一平面中，入射光線和反射光線都在法線的同一側(cè)，反射角等于入射角，是否符合實際情況呢？

生：不符合。

師：說明光反射時，還需滿足什么條件？

生：光反射時，入射光線和反射光線在法線兩邊。

學(xué)生動手操作進(jìn)行驗證。

評析：探究光的反射定律是本節(jié)課的重點(diǎn)，在上述三個活動中，我們都是先通過一個現(xiàn)象讓學(xué)生獲得初步的感性認(rèn)識，猜測入射光線和反射光線的位置存在著什么樣的關(guān)系，再通過實驗驗證。在實驗的設(shè)計上，將光的反射定律分成三組實驗進(jìn)行探究，可以降低教學(xué)難度，同時良好的實驗器材也增加了實驗的可視度，提高了實驗的效果。

4.體驗性實驗：觀察光的兩種不同反射

教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，要求學(xué)生了解平面鏡成像的原因。

師：利用手電筒將光斜射向紙板，可以看到完整的光斑（圖8），那為什么可以看到光斑呢？

生：光在紙板上發(fā)生了反射。

師：各個方向的同學(xué)都能看到光斑嗎？

生：是的。

師：改變手電筒斜射的方向，將光斑移向平面鏡，觀察到平面鏡上的光斑“消失”了（圖9），是鏡子上沒有發(fā)生反射嗎？

生：不是。

師：在紙板上和平面鏡上都發(fā)生了發(fā)射，為什么會出現(xiàn)不同的情況呢？

隨后，學(xué)生通過自學(xué)書本P72，初步了解形成原因，接著教師通過視頻動畫，模擬光在不同反射面上的傳播路徑；最后，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識區(qū)分生活中的反射類型。

評析：鏡面反射和漫反射是反射的兩種不同類型，學(xué)生剛剛知道了鏡面成像的原因是光的反射，現(xiàn)在卻“只能”在紙板上看到一半的光斑，這樣強(qiáng)烈的對比實驗更能引起學(xué)生的思考，激發(fā)學(xué)生探索新知識的欲望，同時也進(jìn)一步鞏固了學(xué)生對平面鏡成像知識的認(rèn)識。

5.應(yīng)用性實驗：光的反射定律應(yīng)用

（1）尋找平行光線

師：利用光的反射實驗裝置，請同學(xué)們利用第二塊平面鏡，將反射光線再次反射后與第一次的入射光線平行。

學(xué)生分組進(jìn)行實驗，教師巡視點(diǎn)撥。教師請學(xué)生進(jìn)行交流。

方法一：學(xué)生將兩塊平面鏡垂直放置，光線能沿著原方向反射回去（圖11）。

師：生活中看到過類似的情況嗎？

教師PPT展示自行車的尾燈（角反射器）圖片。

學(xué)生恍然大悟，明白了生活中看似不起眼的“裝飾品”是有大用處的。

方法二：學(xué)生將兩塊平面鏡平行放置，光線好像發(fā)生了平移，但仍沿著原方向射出去（圖12）。

師：生活中看到過類似的情況嗎？

生：潛望鏡。

教師PPT展示潛望鏡圖片，同時展示潛望鏡模型，讓學(xué)生利用潛望鏡觀察物體，體會它的作用。

評析：在嘗試尋找平行光的有趣實驗中，學(xué)生不僅鍛煉了動手能力，也對光的反射定律有了更深入的了解。

6.拓展性實驗：光的反射定律的延伸與拓展

師：利用一塊平面鏡將與水平面成30°的光線豎直照射入井中，通過作圖標(biāo)出平面鏡的位置，并計算平面鏡與水平面的夾角。

請一位學(xué)生上臺利用激光筆和平面鏡在黑板上進(jìn)行演示，其他同學(xué)在學(xué)案上畫圖，標(biāo)出平面鏡的位置，并利用今天所學(xué)的內(nèi)容，計算平面鏡與水平面的夾角。

評析：此實驗是光的反射定律在實際生活中的一例常見應(yīng)用，能更生動直觀地顯示光路，有助于學(xué)生理解相關(guān)知識規(guī)律。

三、遞進(jìn)式實驗教學(xué)的思考

1.要重視設(shè)置懸念引入課題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

物理課堂教學(xué)中探究課題的引入環(huán)節(jié)，是整個課堂教學(xué)的重要節(jié)點(diǎn)，是遞進(jìn)式實驗教學(xué)能否成功的第一步，其作用不容忽視。如果能把握好這一環(huán)節(jié)，就可以把學(xué)生的注意力牢牢吸引住，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣就會大大提高，求知欲、探究欲就會被激發(fā)。對探究內(nèi)容先行進(jìn)行有效設(shè)疑，制造懸念，激發(fā)認(rèn)知沖突，能使學(xué)生在較短時間內(nèi)集中思想，積極思維，為后續(xù)的探究學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.要選用創(chuàng)新教具，提高教學(xué)有效性

教具是教師為了提高教學(xué)效率而選用的教學(xué)輔助工具，目的是化抽象為形象、化復(fù)雜為簡單，啟發(fā)學(xué)生思維，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。教具的高效是指教具的演示要有清晰顯著的視覺效果，如圖4、圖5、圖7等。高亮度的激光和平整的漫反射板的使用，讓原先不明顯的光路清晰明亮，光的反射現(xiàn)象一目了然。教具的創(chuàng)新是指教師根據(jù)教學(xué)要求自制針對性強(qiáng)的教具。例如利用竹簽和泡沫板證明三線共面，就是一個創(chuàng)新的教具。實驗使用的材料越簡單，學(xué)生越熟悉，就越能透徹地呈現(xiàn)實驗結(jié)果，提高教學(xué)的有效性。

3.要突出遞進(jìn)式實驗教學(xué)的主導(dǎo)作用，輔以其他教學(xué)方法

遞進(jìn)式實驗教學(xué)方法有利于學(xué)生由淺入深地進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時輔以其他有效教學(xué)方法，相輔相成，則教學(xué)效果更為突出。“比較法”就是實驗教學(xué)中常用的一個基本方法，它是確定和分析對象之間差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的有效方法，有了比較才能分析，才能對比。如圖9，觀察到平面鏡上的光斑“消失”了，通過比較就能了解鏡面反射和漫反射，對現(xiàn)象的認(rèn)識和理解會更全面，對知識的掌握也更深刻。

總之，實驗是物理教學(xué)的一個重要手段，遞進(jìn)式實驗教學(xué)降低了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的思維梯度，提高了實驗教學(xué)的有效性。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 吳志明. 遞進(jìn)式問題鏈的教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用[J].物理教師，2012（9）：26-29.

[2] 梁清源. 師生互動 引導(dǎo)探究：探析初中物理實驗教學(xué)[J].中學(xué)教學(xué)參考，2015（23）：59.

（責(zé)任編輯 易志毅）