創(chuàng)設(shè)多元情境 優(yōu)化概念教學(xué)
——以“光的偏振”教學(xué)設(shè)計為例

肖凱龍 張軍朋

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

創(chuàng)設(shè)多元情境優(yōu)化概念教學(xué)
——以“光的偏振”教學(xué)設(shè)計為例

肖凱龍 張軍朋

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

針對當(dāng)前不少教師在概念教學(xué)中壓縮甚至忽視了概念形成過程的問題,嘗試遞進地在概念課的各環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)情境．通過自制教具設(shè)計實驗,讓學(xué)生在小組活動的過程中邊體驗邊建構(gòu),以期給各位教師在概念教學(xué)上給予啟發(fā).

概念教學(xué)優(yōu)化;光的偏振;教學(xué)設(shè)計;情境教學(xué);自制教具

物理概念教學(xué)是物理教學(xué)關(guān)鍵的一環(huán),但不少教師習(xí)慣于運用“告訴”的方式來推進教學(xué).教師“負責(zé)”把知識告訴學(xué)生,學(xué)生的“任務(wù)”則是把教師灌輸?shù)闹R記住,從而導(dǎo)致了學(xué)生陷入課堂無趣、物理難學(xué)和學(xué)習(xí)乏味的困境.為優(yōu)化物理概念教學(xué),筆者以“光的偏振”為例,在情境教學(xué)法的基礎(chǔ)上,探討如何發(fā)揮物理學(xué)科的實驗特色來層層引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)概念,進而提高教學(xué)質(zhì)量.

1 物理與藝術(shù)的結(jié)合:感受物理的自然美

1.1 基本要求

作為新課引入的情境,需要將學(xué)生的注意力迅速聚焦到本課的研究點上,因此,設(shè)計趣味性的實驗,配合教師指向性的提問,是個不錯的選擇.此外,還應(yīng)與學(xué)生原有的認知形成沖突,使學(xué)生對所研究的問題產(chǎn)生強烈的求知愿望,從而帶著疑問進入“形成概念”的環(huán)節(jié).

概念的形成應(yīng)提供學(xué)生以豐富的感性材料,貫徹“從生動的直觀到抽象的思維”這一基本的認識規(guī)律.[1]概念形成中的情境應(yīng)能清晰反應(yīng)建立物理概念的科學(xué)思維方法,幫助學(xué)生完成將感知獲得的具體體驗,上升至感悟獲得的抽象概括.有時需要將概念形成的過程拆分成幾個部分,在每個部分中均讓學(xué)生經(jīng)歷“體驗、反思、抽象”等環(huán)節(jié),以達到抽絲剝繭、循序漸進的目的.

1.2 情境創(chuàng)設(shè)

(1) 引入情境.

教師利用偏振片自制動態(tài)流水畫教具(如圖1所示),引起學(xué)生的好奇:這個裝置是用來干什么的?在大家感到疑惑的時候,教師告知學(xué)生這是一幅神奇的流水畫,待會教師將會使畫中原本是靜態(tài)的水給流動起來.

圖1 動態(tài)流水畫教具

(2) 概念形成情境.

教師讓學(xué)生以小組為單位探究偏振片的特性,小組選一名代表匯報結(jié)論.首先拿起一張偏振片對著燈光觀察,觀察光的強度有沒有發(fā)生變化.然后,旋轉(zhuǎn)一下偏振片,觀察有什么變化.最后,拿起兩張偏振片,固定一張,旋轉(zhuǎn)另一張,又有什么變化.

1.3 課堂實錄

(1) 引入情境.

首先,我們打開后燈箱的電源,水有沒有流動.學(xué)生齊答,沒有.接下來,教師將轉(zhuǎn)動電動機前圓形的透明薄片(實際為偏振片),請學(xué)生們注意觀察.水“流動起來了!”學(xué)生們驚訝地喊出.教師順勢提問導(dǎo)入:為什么光通過轉(zhuǎn)動的薄片后,靜態(tài)的水會流動起來?而這個薄片又是什么?它在生活生產(chǎn)中又有哪些應(yīng)用呢?帶著這些問題,我們一起來學(xué)習(xí)光的偏振.

(2) 概念形成情境.

煙農(nóng)主要通過參加煙草公司舉辦的培訓(xùn)及宣傳來了解農(nóng)藥相關(guān)知識。調(diào)查統(tǒng)計有94.0%的煙農(nóng)都參加過煙草公司組織的煙葉質(zhì)量安全培訓(xùn)。在培訓(xùn)中，煙葉技術(shù)員主要對農(nóng)藥種類、安全間隔期、科學(xué)用藥、綠色防控等方面進行了培訓(xùn)。煙農(nóng)獲得農(nóng)藥知識的另一渠道則來自銷售人員的講解及其與親朋好友、鄰居的交流。

教師也給學(xué)生們準備了動態(tài)流水畫的薄片,請大家動手觀察,小組討論并匯總薄片特性.教師順勢揭示薄片是偏振片,并對光的偏振、透振方向、自然光、偏振光、光矢量圖等專業(yè)術(shù)語進行定義.然后,自制標有角度的光的偏振現(xiàn)象實驗教具(如圖2),讓一個學(xué)生上來慢慢旋轉(zhuǎn)起偏器,另一學(xué)生記錄光屏光強變化的數(shù)據(jù),進而一起探究出光的偏振規(guī)律.

圖2 光的偏振規(guī)律演示教具

1.4 創(chuàng)設(shè)意圖

教學(xué)需要美,但是現(xiàn)實生活中我們的教學(xué)卻常常忘卻了“美”,遠離了“美”,課堂教學(xué)便成了沒有色彩、沒有生氣、沒有情趣的單純的符號活動.[2]動態(tài)流水畫不僅將光的偏振現(xiàn)象可視化,而且是以模擬自然流水的形式呈現(xiàn),有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.生活中被光照亮的流水畫并不會流動,在中間加了一張旋轉(zhuǎn)的偏振片后,水流動起來的現(xiàn)象立馬引起學(xué)生的好奇.因此,教師在教學(xué)中可嘗試將物理知識藝術(shù)化,不僅給課堂教學(xué)增添色彩,而且可讓學(xué)生感受到物理蘊含著的藝術(shù)美.正如李政道所說:“藝術(shù)和物理是一枚硬幣的兩面.”將物理教育與藝術(shù)結(jié)合,采用藝術(shù)的手段闡釋視覺的世界,而物理學(xué)描述其不可見的原理,豐富了物理的教學(xué)方式,同時帶來美的欣賞.

對于學(xué)生而言,光的偏振是比較陌生和抽象的.如果直接將結(jié)論告知學(xué)生,未免錯失培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的良好契機.因此,在概念形成的過程中,應(yīng)通過創(chuàng)設(shè)實驗感性情境,增強學(xué)生對物理現(xiàn)象的感性認識,做到以物窮理、以物悟理.[3]以教師引導(dǎo)為輔,學(xué)生主動探索知識為主,形成主動、參與、探索、獲得結(jié)論的學(xué)習(xí)模式,學(xué)生的思維才會更加活躍進而在自主活動中不斷抽象出其本質(zhì).首先,通過小組活動,教師引導(dǎo)學(xué)生親自尋找出偏振片的特性,促進其自主建構(gòu)； 然后,改進教材的光的偏振現(xiàn)象實驗,與學(xué)生共同得出光的偏振規(guī)律.

2 理想與現(xiàn)實的結(jié)合:感受物理的神奇

2.1 基本要求

遷移是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,通過教師有意識的引導(dǎo),將所學(xué)的東西移到一個新的情境之中,使學(xué)生將所學(xué)的知識轉(zhuǎn)化為能力的一個認知發(fā)展過程.遷移規(guī)律的運用是物理教學(xué)中的重要手段,這就需要教師善于創(chuàng)設(shè)新的問題情境.可利用實驗激發(fā)求知欲,提高學(xué)生的參與意識,促進知識的正遷移,引發(fā)其創(chuàng)新思維和發(fā)散思維,對物理的教與學(xué)都有著積極的意義.[4]

2.2 情境創(chuàng)設(shè)

教師通過描述文學(xué)中穿墻遁地的美好想象,《聊齋志異》的“嶗山道士”一節(jié)描述了“王果去墻數(shù)步奔而入,及墻,虛若無物,回視,果在墻外矣”的神話故事.[5]然后,引導(dǎo)學(xué)生思考:“我們可否運用所學(xué),將這個美好的憧憬變成現(xiàn)實呢?”從而,創(chuàng)設(shè)了體現(xiàn)物理神奇的遷移情境,如圖3所示.

圖3 “穿墻而過”教具

2.3 課堂實錄

學(xué)生利用教師發(fā)放的偏振片進行小組討論和實驗探究.接著,教師拿出自制的偏振片箱子(如圖3所示),問:箱子里面除了小球,還有什么?一堵黑色的“墻”,學(xué)生答道.當(dāng)教師傾斜箱子時,小球會“穿墻而過”,從而激發(fā)學(xué)生的認知沖突.但教師不急于直接告訴學(xué)生其中的奧秘,而是引導(dǎo)學(xué)生進行自主探究.請學(xué)生們拿出兩張偏振片,將一張偏振片沿著透振方向卷成圓柱形,另一張則垂直透振方向卷成圓柱,再將倆底面對接起來.從側(cè)面觀察,學(xué)生便恍然大悟.

2.4 創(chuàng)設(shè)意圖

學(xué)生能夠?qū)⒁呀?jīng)學(xué)習(xí)的知識遷移到新的情境中,有效地促進其對新學(xué)知識和概念的理解和掌握.不同于往常的習(xí)題變式練習(xí),筆者利用實驗創(chuàng)設(shè)神奇的“穿墻”情境.由于光不能通過透振方向相互垂直的偏振片,于是就形成了視覺上的“黑墻”.但若只讓學(xué)生觀察小球穿黑墻而過的現(xiàn)象,則顯得有些許單調(diào)乏味.細思后,筆者結(jié)合了嶗山道士的故事,便立馬顯得引人入勝.可見在教學(xué)過程中,教師可以有機地將物理概念和規(guī)律與生動有趣的故事結(jié)合,并通過自制教具呈現(xiàn)給學(xué)生,從而引導(dǎo)學(xué)生在類比遷移過程中加強對概念的學(xué)習(xí).這樣不僅可以激發(fā)學(xué)生的求知欲,使學(xué)生舉一反三,起到提高教學(xué)質(zhì)量的作用,而且還能讓學(xué)生在這些融知識性和趣味性的故事中,驚嘆物理的奇妙.

3 物理與技術(shù)的結(jié)合：感受物理的奇妙

3.1 基本要求

為進一步深化概念的掌握，還需要聯(lián)系生活應(yīng)用，讓學(xué)生在過程中挖掘概念的表征關(guān)系，使學(xué)生能在更高層次上理解概念的本質(zhì).物理課程標準也明確指出：“使學(xué)生學(xué)習(xí)比較全面的物理學(xué)知識及其實際應(yīng)用，了解物理學(xué)與其他學(xué)科以及物理學(xué)與技術(shù)進步、社會發(fā)展的關(guān)系.”[6]

3.2 情境創(chuàng)設(shè)

教師通過提前了解學(xué)生的經(jīng)驗和認知，選取其生活中常見的兩個光的偏振應(yīng)用的技術(shù)例子：3D眼鏡和LCD液晶電腦顯示屏.首先，教師讓學(xué)生們戴上3D眼鏡，觀察燈光的亮暗變化；然后，閉上一只眼睛，同桌之間“深情對望”；最后，同樣閉上一只眼睛，學(xué)生嘗試左右移動頭部，觀察LCD液晶顯示屏?xí)l(fā)生什么變化.

3.3 課堂實錄

學(xué)生們戴上3D眼鏡，觀察燈光時，會發(fā)現(xiàn)燈光變暗了.這與課堂的開始用偏振片觀察燈光的現(xiàn)象一致，因此學(xué)生猜想鏡片可能是偏振片.然后同桌之間進行“深情對望”，學(xué)生會驚奇地發(fā)現(xiàn)對方有一只眼鏡“黑掉了”(如圖4所示).這時教師引導(dǎo)學(xué)生們分析出原因：3D眼鏡的鏡片是由偏振片制成的，并且左右倆鏡片的透振方向相互垂直，因此光就不能通過.接著學(xué)生同樣閉上一只眼睛，觀察教師的手提電腦屏幕(如圖5所示)，再一次觀察到黑屏現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生分析出原因.同樣地為了消除反光，LCD液晶屏幕一般也會貼上一張偏振片.

圖4 3D眼鏡

圖5 LCD液晶電腦顯示屏

3.4 創(chuàng)設(shè)意圖

在實際的教學(xué)過程中，教師為了盡快上完課程，留更多的時間讓學(xué)生在練習(xí)中加深對知識的理解，導(dǎo)致學(xué)生往往死記硬背，而且學(xué)生之間沒有交流的機會．筆者在教學(xué)中將物理與技術(shù)結(jié)合，以技術(shù)作為物理知識的載體，讓學(xué)生意識到物理影響著人們的生產(chǎn)與生活，尤其是在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用.其次，在小組體驗游戲和交流討論中，深化對概念的理解，增強了學(xué)生應(yīng)用知識解釋現(xiàn)象的能力，同時讓學(xué)生體會到物理的生活意義，進而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，并學(xué)會關(guān)注生活、觀察生活.[7]

4 物理與生活的結(jié)合：感受物理的智慧

4.1 基本要求

學(xué)習(xí)的目的在于運用、檢驗學(xué)生是否真正理解概念，可以觀察學(xué)生能否利用概念來分析、解決問題.在概念的應(yīng)用環(huán)節(jié)，教師應(yīng)有意識地引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生實際性的問題，讓學(xué)生體會到理論投入到實踐應(yīng)用中的必要性，這樣才能使所學(xué)的概念鮮活而有生命力.因此，教師應(yīng)將物理知識與身邊事物聯(lián)系，讓學(xué)生體會到物理概念的實際意義.其次，通過實驗設(shè)計相應(yīng)地簡化實際問題，使得學(xué)生“跳一跳”能夠“摘到果子”，收獲不同于解題的真實成就感.

4.2 情境創(chuàng)設(shè)

教師通過自制教具和智能手機App Airdroid，將教材介紹的拍照反光現(xiàn)象(如圖6所示)，直接在課堂現(xiàn)場轉(zhuǎn)化為探究活動，讓學(xué)生小組合作，設(shè)計實驗方案，運用光的偏振知識解決拍照反光問題.

4.3 課堂實錄

圖6 airdroid使手機拍攝畫面與投影實時同屏

學(xué)生先分組進行合作探究，小組推選代表總結(jié)發(fā)言:可將偏振片放在鏡頭前，慢慢旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到入射光與偏振片透振方向垂直時即可消除反光.為了增強視覺效果，教師事先將一張寫有“格物致知”的紙放在亞克力板下.當(dāng)消光后，白紙上便會出現(xiàn)“格物致知”4字.此時，教師自然過渡滲透先“格物”而后“致知”的思想，鼓勵學(xué)生運用知識來解決生活中問題.最后，教師點撥這就是照相機偏振濾光鏡的原理，進一步讓學(xué)生感受到物理原來就在自己的身邊，只是缺少勤于觀察和思考的“有心人”.

4.4 創(chuàng)設(shè)意圖

物理來源于生活，也可利用物理解決生活難題.拍照時出現(xiàn)反光現(xiàn)象，這是學(xué)生生活中常見的，但鮮有人知道偏振濾光鏡消除反光的原理.如果教師按照教材，僅提供兩幅前后消光對比的照片進行講解，相信是無法觸動學(xué)生：原來生活中蘊含著物理的原理.筆者自制教具模擬拍照反光情境，不僅讓學(xué)生在情境中收獲到運用知識解決問題的成就感，而且使得學(xué)生體會到物理知識并不只是枯燥無味的公式符號，更是解開生活“謎團”的智慧，同時也體現(xiàn)了新課程理念倡導(dǎo)的生活走向物理、從物理走向生活的理念.另外，一方面檢驗學(xué)生對概念的認識是否深刻、全面，另一方面幫助學(xué)生進一步內(nèi)化，提高解決實際問題的能力.[8]

總之，概念教學(xué)切忌追求即時顯性的功效，應(yīng)重視概念的建構(gòu)過程，促進學(xué)生的有意義學(xué)習(xí).[9]教師可通過自制教具和活動設(shè)計，在引入、形成、遷移、深化和應(yīng)用等概念課的基本環(huán)節(jié)中創(chuàng)設(shè)多元情境，實現(xiàn)以情感為紐帶驅(qū)動教學(xué)，以實驗活動作為知識的生長點，使得學(xué)生在體驗中感受物理學(xué)的多重魅力，提高學(xué)習(xí)效率.

1 趙一芳.在物理概念教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力之管見[J]. 物理教師,2012(10):20-21.

2 李吉林著.田野上的花朵[M].北京： 教育科學(xué)出版社，2014:27.

3 任冠航.聯(lián)系生活應(yīng)用把握初中物理知識——初中物理知識在生活中的應(yīng)用探究[J].新課程導(dǎo)學(xué),2012(26):51.

4 孫舒.初中物理與生活結(jié)合的實踐與思考[J].中學(xué)生數(shù)理化(教與學(xué)),2013(12):45.

5 蒲松齡著，段青峰譯.聊齋志異[M].武漢： 崇文書局，2008：24-29.

6 湯建國.用實驗探究縮短與概念的思維距——“光的折射”教學(xué)設(shè)計及反思[J].物理教師,2013(12):46-47.

7 張小兵.創(chuàng)設(shè)遷移情境加強概念教學(xué)[J].科學(xué)教育,2000(6):27-28.

8 蔡劍.創(chuàng)設(shè)物理情境規(guī)引學(xué)習(xí)過程——初中物理概念教學(xué)之“過程性情境”創(chuàng)設(shè)訴求[J].物理教師,2015(4):38-40.

9 熊志權(quán),劉芳霞.促進物理概念建構(gòu)的過程教學(xué)策略——以“密度”教學(xué)為例[J].物理教師,2017(1):39-42.

2017-06-12)