基于問題引領(lǐng)的“凹面鏡”課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

何艷陽

(北京市北達(dá)資源中學(xué),北京 100871)

問題意識(shí)和質(zhì)疑精神是學(xué)生終身發(fā)展的重要能力,加強(qiáng)問題意識(shí)和質(zhì)疑精神的培養(yǎng),是對(duì)學(xué)生進(jìn)行核心素養(yǎng)培養(yǎng)的主要途徑.本文“問題引領(lǐng)”中的“問題”既包括教師設(shè)置的問題,也包括學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中生成的問題.關(guān)注學(xué)生在課堂上的認(rèn)知狀態(tài)、尊重學(xué)生的認(rèn)知過程、尊重學(xué)生的發(fā)展及創(chuàng)新能力,以學(xué)生的問題引領(lǐng)教學(xué)活動(dòng),讓學(xué)生在交流質(zhì)疑中培養(yǎng)科學(xué)思維,質(zhì)疑創(chuàng)新的能力.教師在這個(gè)過程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究、對(duì)問題追根溯源、解決問題并生成新的問題.

結(jié)合初中學(xué)生特點(diǎn),創(chuàng)設(shè)有趣的問題情境,讓學(xué)生在“玩中學(xué)”,在玩中發(fā)現(xiàn)問題、進(jìn)行模型建構(gòu)、生成可探究的科學(xué)問題、實(shí)驗(yàn)探究得出結(jié)論.教師要鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度提出問題和分析問題,突出解決問題的思路和方法,培養(yǎng)批判性思維、質(zhì)疑和創(chuàng)新精神;教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題層層深入,抽絲剝繭,通過學(xué)生親自實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)探究中觀察、體驗(yàn)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,從而獲得成功的喜悅;教師要鼓勵(lì)學(xué)生在研究中不斷生成新問題,并用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際生活中的問題,將科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)相聯(lián)系,培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.讓學(xué)生“在玩中進(jìn)行質(zhì)疑并親自實(shí)驗(yàn)釋疑”是培養(yǎng)學(xué)生問題意識(shí)和質(zhì)疑精神,提高學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑.

1 教學(xué)背景和設(shè)計(jì)意圖

“凹面鏡”的內(nèi)容在各版本的教材中,基本都在“平面鏡”學(xué)習(xí)后的“閱讀材料”中提到,閱讀材料中給出了凹面鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用以及一些生活中的應(yīng)用.由于不是“課標(biāo)”要求,教學(xué)中對(duì)這部分內(nèi)容不做要求.但是結(jié)合學(xué)生特點(diǎn),在教材的基礎(chǔ)上深入挖掘,對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)和能力的拓展還是很有必要的.這個(gè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以在課堂中進(jìn)行,也可以在科學(xué)實(shí)踐課或課外活動(dòng)中進(jìn)行.

這節(jié)課筆者安排在了光學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)束之后進(jìn)行.學(xué)生此時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)了平面鏡成像特點(diǎn)和成因、凸透鏡成像規(guī)律及成因,知道了實(shí)像和虛像的判斷方法.有能力進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和探究,并能進(jìn)行方法的遷移和應(yīng)用.可以讓學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上,通過親自實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)凹面鏡對(duì)光線的作用,并獲得更深層次的認(rèn)知.

本節(jié)課的內(nèi)容與數(shù)學(xué)里的平行線、球面、拋物面等知識(shí)有聯(lián)系,可以將數(shù)學(xué)知識(shí)與物理很好的融合,又要恰到好處,適合學(xué)生的認(rèn)知水平.學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中沒有學(xué)過拋物面和球面等知識(shí),相關(guān)內(nèi)容可以在“閱讀材料”中拓展.如果有凸透鏡成像規(guī)律的作圖基礎(chǔ),凹面鏡成像規(guī)律也可以在課后進(jìn)行了解.

在本節(jié)課的設(shè)計(jì)中盡量能滲透以下方面:模型建構(gòu)、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)技術(shù)社會(huì)與環(huán)境的聯(lián)系等.在交流質(zhì)疑中滲透科學(xué)思維,質(zhì)疑創(chuàng)新的培養(yǎng).對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng),關(guān)注“科技的兩面性”,在科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用于社會(huì)中,要注重環(huán)境、倫理等方面的影響.

2 問題引領(lǐng)的教學(xué)過程

問題1:玩具中的像是實(shí)像還是虛像?

課堂上首先發(fā)給學(xué)生一個(gè)玩具:兩塊可以對(duì)扣在一起的凹面鏡,其中一個(gè)凹面鏡中間挖有一個(gè)洞,還有一個(gè)塑膠制品的“小青蛙”.要求學(xué)生自己組合玩具并觀察現(xiàn)象,在玩玩具的過程中思考:你看到了什么?描述你看到的現(xiàn)象?你想到了什么?你打算做什么?

圖1

學(xué)生們將“小青蛙”放置在下面的凹面鏡中間,然后扣上帶有孔的凹面鏡,卻發(fā)現(xiàn)小青蛙趴到了口的上面,用手去觸摸卻摸不到,原來是青蛙的像(圖1).學(xué)生小組討論后提出了一些問題:這個(gè)小青蛙的像是實(shí)像還是虛像?這個(gè)像是怎么形成的?等等.

此時(shí)筆者讓學(xué)生猜測(cè)是實(shí)像還是虛像.很多學(xué)生說是虛像,因?yàn)橛檬置恢?此時(shí)我鼓勵(lì)學(xué)生提出第一次質(zhì)疑:用手摸不著就是虛像嗎?學(xué)生們開始討論起來,有的學(xué)生表達(dá)了觀點(diǎn):實(shí)像也摸不著.

問題2:光屏接收不到的一定是虛像嗎?

在這里復(fù)習(xí)判斷實(shí)像和虛像的方法: (1) 光屏接收；(2) 看其是否是實(shí)際光線會(huì)聚成的像.筆者讓學(xué)生拿著白紙?jiān)囍邮找幌?這時(shí)幾乎所有的學(xué)生都回答:接收不到,所以是虛像.此時(shí)筆者鼓勵(lì)學(xué)生提出第二次質(zhì)疑:接收不到就肯定是虛像嗎?有沒有可能有其他原因,比如實(shí)驗(yàn)條件的問題?學(xué)生又討論起來.筆者提醒學(xué)生前面我們學(xué)過的平面鏡成像規(guī)律和凸透鏡成像規(guī)律中所使用的物體為什么用蠟燭或燈板?學(xué)生馬上明白了,如果小青蛙能發(fā)光就好了.此時(shí)我告訴學(xué)生:在青蛙的身上藏有一個(gè)小開關(guān),打開開關(guān)青蛙就被照亮了,重新做上面實(shí)驗(yàn)看一看.這時(shí)的學(xué)生們情緒被調(diào)動(dòng)起來,迫切的做起實(shí)驗(yàn)來.再次實(shí)驗(yàn)后,已經(jīng)能夠在白紙上接收到小青蛙的像了.

問題3:玩具中成實(shí)像的原因是什么?

通過剛剛的實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)玩具中看到的像不是虛像,而是實(shí)像.因?yàn)楦暗挠^點(diǎn)發(fā)生了較大的認(rèn)知沖突,有些學(xué)生還是半信半疑.看來單憑這一個(gè)證據(jù)還不能完全讓大家信服.此時(shí)我鼓勵(lì)學(xué)生提出第3次質(zhì)疑:光屏能接收,所以是實(shí)像.可這個(gè)實(shí)像是怎么形成的?凹面鏡為什么能成實(shí)像?

圖2

這就需要我們從認(rèn)識(shí)凹面鏡對(duì)光線的作用開始.接下來學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究凹面鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用(圖2),并畫出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖.

問題4:如果沒有做實(shí)驗(yàn),能根據(jù)已有知識(shí)分析出凹面鏡對(duì)光線的作用嗎?

引導(dǎo)學(xué)生討論,凹面鏡為什么對(duì)平行光有會(huì)聚作用?將凹面鏡拆分成若干小份后什么樣?通過作圖分析,拆分了若干小份的每一塊相當(dāng)于一個(gè)小平面鏡,根據(jù)反射定律作圖即可得出凹面鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用了.

問題5:凹面鏡可以分割成很多的小平面,很多的小平面鏡可以組合成凹面鏡嗎?

在這里滲透拆分和組合的思想,并進(jìn)一步將凹面鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用從二維平面到三維立體空間:怎樣才能在立體空間中看到凹面鏡的會(huì)聚作用?

筆者提前找來了家中做飯的鍋蓋作為支架,利用組合的思想,將很多的小平面鏡貼在鍋蓋上組成一個(gè)大型凹面鏡.再用激光筆組成的圓柱形激光柱發(fā)出平行光束,用塑料圓筒和煙霧顯示光路,學(xué)生們從立體空間看到了凹面鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用,感覺非常震撼和神奇(圖3).這時(shí)的課堂氣氛進(jìn)入了新的高潮.

圖3

問題6:凹面鏡在生活中有哪些應(yīng)用?

學(xué)生列舉了一些凹面鏡在生活中的應(yīng)用,包括天文望遠(yuǎn)鏡等.筆者也用圖片展示給學(xué)生貴州的fast天文望遠(yuǎn)鏡、甘肅敦煌市的亞洲最大的太陽能光熱發(fā)電項(xiàng)目等等也是由很多的平面鏡組成的,它能將更多的信息或能量聚集.這個(gè)環(huán)節(jié)的安排擴(kuò)展了學(xué)生視野,同時(shí)也在這里對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的核心素養(yǎng)教育,關(guān)注“科技的兩面性”,在科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用于社會(huì)中,要注重環(huán)境、倫理等方面的影響.

問題7:能根據(jù)凹面鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用,嘗試畫出前面玩具中成實(shí)像的成因嗎?

圖4

問題環(huán)節(jié)后,引導(dǎo)學(xué)生回到了前面提出的問題:玩具中的實(shí)像是怎樣形成的?能否根據(jù)凹面鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用嘗試畫出原理圖?學(xué)生經(jīng)過討論大致畫出了原理圖.最后我再把玩具說明書中的原理圖展示給他們看(圖4),原來小青蛙所在位置在上面扣著的凹面鏡的焦點(diǎn)處,從它射向上面凹面鏡的光線平行射向下面的凹面鏡,又會(huì)聚到下面凹面鏡的焦點(diǎn)即小口的上方,形成了實(shí)像.

問題8:根據(jù)這個(gè)玩具,你還有哪些奇思妙想?

這時(shí)筆者鼓勵(lì)學(xué)生仿照這個(gè)玩具,展開想象的翅膀,能做點(diǎn)什么.學(xué)生經(jīng)過小組討論后表達(dá)自己的想法,有的學(xué)生說把小青蛙所在的位置放置一個(gè)播放器,就能夠在上面空間出現(xiàn)3D動(dòng)畫,演示一個(gè)空中的動(dòng)態(tài)全息圖了.還有的學(xué)生說為科技館設(shè)計(jì)一個(gè)更大的類似的展臺(tái),立體空間出現(xiàn)物體……可以說這時(shí)的學(xué)生的創(chuàng)新思維已經(jīng)把課堂推向另一個(gè)高潮.

問題9:凹面鏡是球面鏡還是拋面鏡?

在課堂的最后,筆者發(fā)給學(xué)生一份閱讀材料,有關(guān)“凹面鏡是球面還是拋物面,球面鏡偽焦點(diǎn)問題和拋面鏡真焦點(diǎn)問題”等.學(xué)生帶著收獲的滿足和新的問題走出教室.

這節(jié)凹面鏡的教學(xué),雖然看上去是教材不要求的,但從始至終都是將學(xué)生的已有知識(shí)與拓展內(nèi)容融合在一起,做到舊知識(shí)的深化和延伸,培養(yǎng)學(xué)生在新情景下運(yùn)用已有知識(shí)去解決新問題的能力.在這個(gè)過程中,教師的巧妙引導(dǎo)對(duì)學(xué)生學(xué)會(huì)質(zhì)疑和創(chuàng)新有著關(guān)鍵作用,尊重學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài),活動(dòng)層層遞進(jìn),引導(dǎo)學(xué)生找證據(jù),在實(shí)證證據(jù)基礎(chǔ)上,讓學(xué)生發(fā)揮想象力.特別是教會(huì)學(xué)生,做出科學(xué)的判斷需要多方面證據(jù)的支持,多角度去思考問題.這樣的課程,能多方面的培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力.