指向深度學習的翻轉課堂教學設計與實施
——以“生活中的透鏡”為例

楊正芳

(廣州市番禺區(qū)市橋橋興中學 廣東 廣州 511400)

隨著信息技術的發(fā)展，翻轉課堂在教學中運用得越來越廣泛．翻轉課堂最大的特點就是利用教育云平臺在最大化地開展課前預習的基礎上，提高課堂學習的效率和深度，完成知識內化的最大化.如果按照美國學者布盧姆(F.S.Bloom)將學習目標分為“知道”“領會”“應用”“分析”“綜合”及“評價”6個層次的話，翻轉課堂就是通過課前預習完成其中“知道”和“領會”知識這兩個層次，屬于淺層學習范疇；而課堂上通過“應用”“分析”“綜合”和“評價”這4個認知層次來完成對知識的深度理解和遷移應用，這屬于深度學習范疇．深度學習是一種主動探究性的學習，要求學生能夠進行深度的信息加工、主動的知識建構、批判性的高階思維、有效的知識轉化、遷移應用及實際問題解決．

下面就以人教版教材中“生活中的透鏡”這節(jié)為例來探討如何通過翻轉課堂實現深度學習．本節(jié)內容是在學生學習了透鏡的基礎知識及其對光的作用基礎上，對生活中的透鏡及其成像情況有一個具體的認識，從而為探究第3節(jié)“凸透鏡的成像規(guī)律”做一個鋪墊，起到一個承上啟下的作用．從實際教學實施過程來看，因為照相機、投影儀和放大鏡這3種生活中的透鏡學生們都比較熟悉，它們的成像特點學生也很容易感知，此時可借助智慧課堂教育云平臺以翻轉課堂的模式開展本堂課的教學，把感知的基礎內容前置，而利用課堂上的有效時間指向深度學習，讓學生進行科學物理思維的訓練和拓展．

1 利用電子書包平臺和微課將基礎內容前置形成初步感知

學生們對照相機、投影儀和放大鏡這3種生活用品都不陌生，對于照相機成縮小的像，投影儀成放大的像和放大鏡成放大的像都有一定的感知，只不過沒有從物理角度去感知它們成像的特點．可以利用Camtasia Studio 6錄屏軟件做好微課，借助知好樂教育云平臺提前推送給學生，讓學生在家里觀看微課，初步認識照相機、投影儀和放大鏡的基本結構和成像特點，看完后學生在云平臺完成課前學情診斷題，教師通過診斷題反饋了解學生的課前學習情況．

課前學習目標：了解照相機、投影儀、放大鏡的光學構造及成像原理，會制作簡單的照相機模型、幻燈機模型．

課前推送資源：“生活中的透鏡光學構造及成像原理”微課，“照相機模型制作方法”微課，“幻燈機模型制作方法”微課，學習任務單．

課前學習反饋：通過云平臺推送課前學情診斷題．

通過本環(huán)節(jié)的自主學習，學生完成了對“生活中的透鏡”的淺層學習，了解了照相機、投影儀和放大鏡的光學構造和成像原理．但并沒有進行實驗的感受和理論的分析，所以還需課堂通過進一步的體驗、分析、推理、應用來加強對3種透鏡成像的深層次理解．

2 動手實踐利用模型制作進一步加強對物理現象的生動感知

課堂學習目標：

(1)通過照相機模型、幻燈機模型及放大鏡進一步感知凸透鏡在3種常見儀器上成像的不同，進一步區(qū)分照相機、投影儀、放大鏡的成像特點.

(2)通過實驗和光路圖兩條思路認識到物距和像距會影響成像特點，為下節(jié)課成像規(guī)律打下基礎.

(3)知道數碼相機和現代投影儀的光學原理．

深度學習是基于實踐和經歷體驗的學習，從認知心理學的角度看，任何知識的形成都需經過體驗、經歷和感悟，通過豐富的表象進而對其抽象形成規(guī)律的過程才能完成知識的形成．因此，在上“生活中的透鏡”之前，布置學生利用卡紙、透鏡等制作好照相機和幻燈機模型．如圖1和圖2所示.

圖1 照相機模型

圖2 幻燈機模型

初二的學生剛剛接觸物理，對物理充滿了好奇，物理教師在上課過程中要理解孩子愛玩的天性，嚴肅的物理課堂中也增加一些趣味．以往總是讓學生看蠟燭倒立的像，缺乏趣味．我們可以讓學生用眼睛觀看投影幕上一個老太太的頭像，然后拿著照相機模型再次觀看頭像，看到的卻是一個美少女，如圖3所示．在驚奇和趣味中感受照相機成的是一個倒立縮小的像．

圖3 體會“倒立的像”

同樣的道理，也可以把類似的圖片印在幻燈片上，通過幻燈機模型看到倒立的像，通過放大鏡看到正立的像，學生通過這種生動的體驗，對照相機成倒立縮小的像和投影儀成倒立放大的像以及放大鏡成正立放大的像會有深刻的感知．

3 注重邏輯推理在深度思考中培養(yǎng)科學思維能力

深度學習是基于學生由觀察到的物理現象進行思維加工，產生疑問，進而提出猜想，再進行推理和論證，從而達到培養(yǎng)科學思維能力的過程．學生通過3種透鏡模型體驗到了對應的成像特點，有了很深刻的感知，但這只是教育活動的開始，對透鏡的成像認識不能僅僅停留在感知層面．教師應該引導學生進一步思考：3種儀器成像的特點都不一樣，是不是意味著這里面的透鏡都不一樣呢？如果用同一個透鏡來看能不能分別找到與照相機、投影儀和放大鏡所對應的成像特點呢？引導學生把實驗臺面上的同一個凸透鏡放在光具座上，在不同的位置觀察光具座上的F光源，如圖4所示．

圖4 凸透鏡在不同位置時的成像

圖5是直接用眼睛透過凸透鏡尋找3種不同的成像情況(此處不借助光屏，因為學生還沒有建立實像虛像的概念)．

圖5 焦距相同，物距不同時的成像

讓學生把觀察到的不同成像位置記錄在下面的表1中，學生通過實驗認識到原來同一個凸透鏡，由于物距不同，會導致成像的特點不同．

表1 焦距相同，物距不同時的成像特點

注：凸透鏡的焦距為10 cm.

教師進一步引導學生深度思考：凸透鏡成像的不同是不是只與物距有關，如果是同一個物距，用不同焦距的凸透鏡觀察，所成的像會如何呢？ 再讓學生進行第二次探究:光具座上F光源與凸透鏡之間的距離15 cm不動，但改用焦距分別為10 cm和5 cm的兩種凸透鏡，再次研究其成像特點．

如圖6所示，學生通過實驗觀察，會發(fā)現在物距都是15 cm的情況下，通過焦距為10 cm和5 cm的兩種凸透鏡所成像的特點是不同的．一個是倒立放大的像，一個是倒立縮小的像，從而得出凸透鏡的成像特點不僅跟物距有關，還跟焦距有關．物距相同，焦距不同的凸透鏡成像特點記錄在表2中.

圖6 物距相同焦距不同時的成像

注：物距u=15 cm.

學生通過本環(huán)節(jié)的實驗探究認識到了凸透鏡成像特點的不同與物距和焦距有關，這為接下來的理論研究提供了事實依據．

4 理論結合實踐在深度學習中形成正確的科學思維方法

學生通過實驗探究認識到了凸透鏡成像特點的不同與物距和焦距有關．但一個真正的深度學習活動并未結束，凸透鏡成像的物理成因是什么？為什么凸透鏡的成像會跟物距和焦距有關？真正的深度學習是應該讓學生在學習過程中逐步形成使用科學證據的意識和評估科學證據的能力，能運用證據對研究的問題進行描述、解釋和預測．上一環(huán)節(jié)的實驗給學生提供了凸透鏡成像原理的事實證據，還需要有理論證據來支撐，才能對凸透鏡成像規(guī)律的影響因素進行描述和解釋．

上一課時剛剛學過凸透鏡和凹透鏡對光線的作用，學生也認識了3條特殊的光線以及它們通過透鏡之后形成的折射光線．可讓學生完成圖7中的3幅光路圖(焦距相同，物距不同)，然后從光路圖分析出凸透鏡的成像特點與物距有關．

圖7 焦距相同，物距不同時的光路作圖

再完成圖8的兩幅圖(物距相同，焦距不同)，再一次從理論分析得出凸透鏡成像特點不僅與物距有關，還與凸透鏡的焦距有關．

圖8 物距相同，焦距不同時的光路作圖

5 結合真實的生活情境應用物理知識深度拓展科學思維

深度學習重視學習的遷移運用和問題解決．深度學習要求學習者對學習情境的深入理解，對關鍵要素的判斷和把握，在相似情境能夠做到 “舉一反三”，也能在新情境中分析判斷差異并將原則思路遷移運用．學生既然已經認識到凸透鏡的成像與物距和焦距有關，如果拋出一個生活情境：如圖9所示照相機如何由原來的拍不到全景轉變?yōu)榭梢耘牡饺埃?/p>

圖9 全景拍攝

這里要理清的思路就是通過使景物變小來拍到全景，如圖9所示．如何使景物變??？學生最熟悉的真實生活場景就是攝影師往后退，從物理角度來說，學生由已有的知識儲備思考得出兩個途徑：一是改變物距u，二是改變焦距f．攝影師往后退就是增大物距u．這是在教學中教師期待學生回答的一種常規(guī)方法，通常研究活動就到此結束了，這也是教材安排的難度，我們無需深究，但深度學習就是要我們的學生能夠利用所學的知識去解決現實問題，而學生已經了解物距和焦距都會影響成像大小，他們很容易得到通過改變焦距f來拍全景．這就是變焦照相機(圖10)的光學原理．

圖10 變焦相機

我們在以往的教學中習慣避開講變焦照相機，怕學生不理解，但通過對凸透鏡成像本質的剖析，回過頭來自然而然地過渡到了變焦照相機的誕生，學生也就很自然理解了實際的照相機內部為什么有那么多個透鏡組合．

“舉一反三，學以致用”也是深度學習的特征，了解了變焦照相機的原理，那么我們能不能自己制作出一個變焦照相機呢?可以提供多個不同焦距的凸透鏡和凹透鏡，讓學生在光具座上通過改變他們的位置，來尋找和比較成像大小的改變，如圖11所示．

圖11 自制變焦相機的原理

課堂只有45 min，利用信息技術的優(yōu)勢，通過翻轉課堂讓學生在教師的指引下實現深度學習，是可行的．當然這對教師在知識體系的把握、視頻制作技術及課堂活動的設計等方面提出了更高要求，同時對學生的自主學習能力與自我控制能力的要求也更高．