用豐富的實驗強化學(xué)生知識構(gòu)建過程

貢波

摘? ?要：物理實驗可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生經(jīng)歷知識的構(gòu)建過程，從而更透徹地理解知識的本質(zhì)，為物理方法的習(xí)得、物理思想的領(lǐng)悟、物理知識的運用奠定基礎(chǔ)。實驗設(shè)計可以從新課導(dǎo)入（為什么學(xué)）、教學(xué)重難點的突破（怎么學(xué)）、教學(xué)效果的檢測（學(xué)得怎么樣）等方面入手。文章以“光的反射”為例，探討了如何用實驗強化學(xué)生的知識構(gòu)建過程，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：實驗;知識構(gòu)建;光的反射

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）7-0046-4

知識的學(xué)習(xí)是領(lǐng)悟思想、習(xí)得方法的基礎(chǔ)。只有夯實了知識的教學(xué)，讓學(xué)生充分經(jīng)歷知識的構(gòu)建過程，促使學(xué)生發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)，學(xué)生才能透徹理解知識的本質(zhì)，才能融會貫通，領(lǐng)悟思想、掌握方法，遷移運用才能實現(xiàn)。在初中物理教學(xué)中，教師可以通過實驗導(dǎo)入新課，讓學(xué)生領(lǐng)悟為什么要學(xué)，學(xué)習(xí)內(nèi)容與生活有什么關(guān)聯(lián);用實驗突破重點和難點，從而讓更多學(xué)生達成學(xué)習(xí)目標(biāo)，即通過實驗解決教學(xué)中學(xué)生怎么學(xué)的問題;用實驗強化知識運用，即設(shè)計實驗來檢測學(xué)生學(xué)得怎樣，用實驗探究生活實例，可以促進學(xué)生知識內(nèi)化，提升學(xué)生認(rèn)知水平。

1? ? 經(jīng)歷知識構(gòu)建過程，發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)

奧蘇貝爾根據(jù)學(xué)習(xí)材料與學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有知識的關(guān)系，將學(xué)習(xí)分為機械學(xué)習(xí)和有意義的學(xué)習(xí)。有意義的學(xué)習(xí)是指學(xué)生積極主動、思維活躍，學(xué)習(xí)過程高品質(zhì)、高效率。學(xué)生是否發(fā)生了有意義的學(xué)習(xí)是檢驗教學(xué)成敗的關(guān)鍵指標(biāo)。物理教學(xué)只有促使學(xué)生發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)，學(xué)生才能掌握知識的本質(zhì)，才能融會貫通，遷移運用新知識。發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)需要教學(xué)材料具有較強的邏輯意義，需要學(xué)生具備與新知識密切聯(lián)系的知識基礎(chǔ)，具有積極主動學(xué)習(xí)的意愿。具體教學(xué)策略主要有：對教材進行二次開發(fā)，給學(xué)生呈現(xiàn)具有較強邏輯的優(yōu)質(zhì)教學(xué)素材;通過實驗、任務(wù)驅(qū)動、聯(lián)系生活等教學(xué)方法，千方百計地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望和學(xué)習(xí)熱情;放慢教學(xué)節(jié)奏，引導(dǎo)學(xué)生思考，給學(xué)生空間與時間，讓學(xué)生建立新舊知識之間的聯(lián)系;課堂探究逐步深入，層層遞進，從而讓學(xué)生充分經(jīng)歷新知識的構(gòu)建過程，讓學(xué)生發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)，構(gòu)建高品質(zhì)、高效率的物理課堂。

2? ? 實驗是促進知識構(gòu)建的重要手段

“在物理教學(xué)中運用物理實驗的目的就在于給學(xué)生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)造一個基本環(huán)境，使學(xué)生主動獲取物理知識，發(fā)展能力，促進科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成?！盵1]設(shè)計豐富的實驗是物理教學(xué)中為學(xué)生構(gòu)建知識搭建腳手架，這符合學(xué)生的心理特點和認(rèn)知規(guī)律。初中學(xué)生抽象思維、邏輯思維尚處在高速發(fā)展階段，思考問題還主要依賴于形象思維，實驗可以給學(xué)生提供具體的情境、直觀的現(xiàn)象，將抽象的物理知識形象展現(xiàn)出來，讓學(xué)生積累豐富的感性經(jīng)驗，是促進學(xué)生知識構(gòu)建、提升教學(xué)實效的重要手段。首先，通過實驗可以讓學(xué)生積累豐富感性認(rèn)知從而夯實學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，有感性經(jīng)驗積累，學(xué)生才更容易理解抽象的物理知識，實現(xiàn)知識從感性到理性的進階。其次，通過實驗化解知識理解難度。物理概念、規(guī)律往往都高度濃縮、高度概括，因而學(xué)生覺得抽象難懂，通過物理實驗可以將物理概念、規(guī)律進行稀釋、還原，從而降低學(xué)生理解的難度。第三，實驗可以讓知識的得出過程更充分。有些知識在初中階段沒有辦法經(jīng)過理論推導(dǎo)得出，或者理論推導(dǎo)學(xué)生難以理解，如果此時教師只是簡單說“理論推導(dǎo)和精確實驗表明”，然后就呈現(xiàn)結(jié)論，學(xué)生對知識未必信服，也不能理解，只是簡單記憶，而且記憶效果往往不好。設(shè)計實驗可以很好地化解這一教學(xué)難題，讓學(xué)生充分經(jīng)歷知識的構(gòu)建過程。在實驗過程中，教師提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考，在不斷糾錯和師生對話中逐步建立新知識。在知識的得出過程，學(xué)生經(jīng)歷充分思考、辨析，印象會非常深刻，達到較好的學(xué)習(xí)效果。

3? ? 通過實驗強化學(xué)生的知識學(xué)習(xí)過程

3.1? ? 用實驗引入教學(xué)課題

好的新課導(dǎo)入能夠引人入勝，可以密切聯(lián)系生活，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們感受到物理有用、有趣。設(shè)計實驗?zāi)M生活情境導(dǎo)入新課，可以激發(fā)興趣、聚焦學(xué)習(xí)注意力，也可以感受物理知識的魅力，讓學(xué)生知道為何要學(xué)習(xí)這一知識，學(xué)習(xí)這一知識的用途。“光的反射”教學(xué)中，可以設(shè)計實驗1導(dǎo)入新課。

實驗1：將小平面鏡、白紙固定在黑板上，以手電為光源照射到白紙和小平面鏡上，如圖1所示，讓學(xué)生觀察照在何處時更亮。大部分學(xué)生都覺得照到白紙上更亮，但在某一特殊位置的學(xué)生會覺得照到小平面鏡上更亮。然后，設(shè)問：為何大部分同學(xué)覺得照到白紙上更亮，但有同學(xué)覺得照到小平面鏡上更亮？從而導(dǎo)入新課，本實驗的情境本質(zhì)上與教材中提到的“有時，黑板的反射光會‘晃著一些同學(xué)的眼睛”一樣[2]。

3.2? ? 用實驗探究教學(xué)重點

實驗在物理教學(xué)中一個重要的作用就是幫助學(xué)生構(gòu)建情境，積累感性經(jīng)驗，搭建知識理解的腳手架，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，讓更多學(xué)生能夠達成學(xué)習(xí)目標(biāo)，實現(xiàn)教學(xué)重點的突破。即利用實驗可以解決教學(xué)中學(xué)生怎么學(xué)、怎么輕松學(xué)的問題?！肮獾姆瓷洹钡慕虒W(xué)重點是光的反射定律，為此設(shè)計如下實驗，層層遞進得出光的反射定律。

實驗2：用激光筆、平面鏡、光屏等設(shè)計如圖2所示的演示實驗裝置。

具體操作如下：

（1）打開激光筆，激光照射到平面鏡上，將光屏放在與平面鏡所在平面垂直的豎直平面內(nèi)，可以清晰地看到兩條光線（入射光線和反射光線）。

（2）多次調(diào)整入射光線的入射角度，反射光線也隨之變化，但仍在光屏所在平面內(nèi)。

（3）入射光線入射角度不變，但改變光屏所在平面，多次調(diào)整，可以發(fā)現(xiàn)入射光線和反射光線只在與反射面（鏡面）垂直的平面內(nèi)。

（4）得出結(jié)論：入射光線與反射光線在垂直于反射面的平面內(nèi)。

為了進一步探究反射定律，可以設(shè)問：利用“入射光線與反射光線在垂直于反射面的平面內(nèi)”的結(jié)論，知道入射光線能確定反射光線嗎？學(xué)生易知道，如果只是共面的話，反射光線有無數(shù)多條，而實際只有一條。所以還需要進一步探討，設(shè)計實驗3。

實驗3：用平面鏡、玻璃、激光筆、塑料箱等設(shè)計如圖3所示的實驗裝置。

具體操作如下：

（1）打開激光筆，讓激光從同一方位（例如學(xué)生的左側(cè)）以不同角度入射，讓學(xué)生觀察反射光線。發(fā)現(xiàn)入射光線比較傾斜，反射光線也比較傾斜;入射光線比較接近豎直，反射光線也比較接近豎直。

（2）在入射光線和反射光線交點處正上方放置另外一只不同顏色的激光筆，讓入射光線圍繞中間的激光筆旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中可以改變?nèi)肷涔饩€的傾角，讓學(xué)生觀察后總結(jié)結(jié)論。學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)，入射光線在左、反射光線在右，入射光線在前、反射光線在后……即“入射光線與反射光線位于中間激光筆光線的兩側(cè)”。

（3）引入輔助線“法線”。

（4）得出結(jié)論：入射光線與反射光線分居法線兩側(cè)。

為了更進一步探討反射定律，教師設(shè)問：有了“入射光線與反射光線共面和分居兩側(cè)”的結(jié)論，知道入射光線能確定反射光線的位置嗎？學(xué)生易知道只是基于“共面”和“分居兩側(cè)”的約束條件，反射光線還是有無數(shù)多條，還需要進一步探討入射光線與反射光線的關(guān)系，設(shè)計實驗4。

實驗4：用標(biāo)有角度的光屏、激光筆、平面鏡等設(shè)計如圖4所示的實驗裝置。

具體操作如下：

（1）打開激光筆，讓激光以不同角度入射，記下入射光線與法線的夾角，觀察并記下反射光線與法線的夾角。

（2）引入概念入射角、反射角，并作圖表示，如圖5所示。

（3）多次改變?nèi)肷浣嵌?，記下入射角與反射角。

（4）歸納得出結(jié)論：入射角等于反射角。

3.3? ? 用實驗探究教學(xué)難點

教學(xué)的難點往往需要教師給學(xué)生提供足夠的感性經(jīng)驗作為支撐，才能幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)過程中的疑難，實現(xiàn)教學(xué)難點的有效突破，讓學(xué)生覺得自己能夠?qū)W好物理，樹立積極的自我效能感，從而更愿意學(xué)習(xí)物理。利用實驗可以給初中學(xué)生提供形象、具體的情境，將難以理解的物理知識形象地表達出來，讓學(xué)生更容易理解。

本節(jié)內(nèi)容中學(xué)生比較難以理解的是鏡面反射和漫反射，以及這兩種反射的運用。為了突破這一難點，設(shè)計了實驗5。

實驗5：用平面鏡、激光筆、光屏等設(shè)計如圖6（a）所示的實驗裝置。

具體操作如下：

（1）打開激光筆演示鏡面反射，如圖6（a）所示。

（2）拿掉遮擋反射面的木箱，如圖6（b）所示。

（3）演示漫反射，如圖6（c）所示。

（4）拿掉遮擋反射面的木箱，如圖6（d）所示。

（5）總結(jié)得出結(jié)論：鏡面反射是平行光照射到光滑表面上，反射光線也是平行的;漫反射是平行光線照射到凹凸不平的表面上，反射光線向各個方向。

（6）讓學(xué)生作鏡面反射和漫反射的光路圖。

本節(jié)內(nèi)容中學(xué)生比較難以理解的另一個知識點就是“光路可逆”，為了突破這一難點可以設(shè)計實驗6。（下轉(zhuǎn)第51頁）

（上接第48頁）實驗6：用兩支激光筆、光路盤設(shè)計如圖7所示的裝置。

具體操作如下：兩支激光筆都打開，將第二支激光筆的光線沿第一支激光筆的反射光線射入，即可得到光路可逆。

3.4? ? 設(shè)計實驗強化知識運用

檢驗課堂教學(xué)的優(yōu)劣、教學(xué)目標(biāo)的達成度，最終要看學(xué)生學(xué)得怎么樣，能否解決問題。對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的檢驗主要有兩個方面：一方面，看學(xué)生是否會利用所學(xué)知識解決物理習(xí)題;另一方面，利用所學(xué)知識解決生活中的實際問題。設(shè)計實驗探究生活案例可以強化學(xué)生知識的運用過程，實現(xiàn)知識的升華，認(rèn)知水平和思維水平的提升。

“光的反射”教學(xué)中，可以給學(xué)生展示交警執(zhí)勤穿的反光背心，構(gòu)建情境，讓學(xué)生探討其光路。為了引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲可以設(shè)計如下問題：（1）交警反光背心反光目的是什么？（2）其反射是鏡面反射嗎？是漫反射嗎？然后，利用如圖6（b）所示的裝置給學(xué)生演示其原理，讓激光照射到水平的鏡面上，再用另外一個豎直的平面鏡使反射光線二次反射，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過兩次反射后光線平行于原來的入射光線反射回去，如圖8（a）所示;改變?nèi)肷涔饩€的入射角度，只要兩平面鏡保持垂直，二次反射后光線依然與入射光線平行，如圖8（b）所示。這樣交警執(zhí)勤時，當(dāng)遠處有機動車駛來車燈光線照射到交警身上就會被平行反射回去，駕駛員就會發(fā)現(xiàn)交警，采取避讓措施，保護交警的安全。為了升華學(xué)生的認(rèn)知，演示實驗完成后可以讓學(xué)生作出如圖8（a）的光路圖。到了九年級復(fù)習(xí)階段學(xué)生已學(xué)習(xí)了相關(guān)幾何知識，可以讓學(xué)生證明為何兩個鏡面垂直，二次反射后光線與原入射光線平行。

參考文獻：

[1]閻金鐸，田世昆.中學(xué)物理教學(xué)概論（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2003：69.

[2]彭前程.義務(wù)教育教科書物理八年級上冊[M].北京：人民教育出版社，2012：75.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）