問題與任務齊驅(qū)動 素養(yǎng)與技能共提升①——以“光的反射”教學為例

李曉明

(江蘇省蘇州市相城區(qū)春申中學,江蘇 蘇州 215143)

美國著名學者哈爾莫斯認為：問題是教學的心臟，有了問題,思維才有方向；有了問題，思維才有動力；有了問題，思維才有創(chuàng)新。[1]在物理教學中用問題引導學生思考，以任務驅(qū)動學生進行實驗探究，學生在問題解決中習得新知識，在任務完成中獲得新技能。問題與任務在課堂教學中起到了引領作用，本文以“光的反射”教學為例，在問題和任務的驅(qū)動下，促進學生核心素養(yǎng)的提升。

1 創(chuàng)設任務情境,激發(fā)學習興趣

在新課引入時，創(chuàng)設切合學生認知特點的任務情境，可以使學生立刻進入學習主題，實現(xiàn)主動學習。

教學片斷1

在課堂教學開始環(huán)節(jié)，用PPT投影環(huán)靶，教師用激光射向教室后面，并未射中靶子。

任務1:請同學們借助合適的器材，在不調(diào)轉激光筆的情況下快速射中靶心。

學生拿出平面鏡，但任務的完成并不是一蹴而就的，而是在多次調(diào)整激光筆或平面鏡的角度后才達成(圖1)。

圖1

問題1:這個激光打靶游戲中利用了什么原理？

由于學生已經(jīng)知道人能看見不發(fā)光的物體是因為有反射光線進入人眼,從而回答：利用了光的反射。

任務2:請你利用手里貼了鏡面膜的玻璃磚、激光筆和白紙顯示出光反射時的光路。

學生多次嘗試后發(fā)現(xiàn)：把激光筆貼著紙面照射可以顯示出光路，隨后教師提供嵌有圓柱形玻璃柱的激光筆套，使得光路更容易顯示(圖2)。

圖2

任務3:請你將剛才的鏡面和光路在白紙上記錄下來。

學生通過描摹的方法勉強能將光路畫出。

教師提示數(shù)學上兩點確定一條直線的原理，幫助學生更方便地記錄光路。同時，在作圖的基礎上介紹入射點、反射面、入射光線和反射光線等概念。

設計意圖:激光打靶游戲貼近學生生活，符合學生的認知特點，能激發(fā)學生的學習興趣。采用任務鏈的方式直接把學生引入所要學習的主題：光的反射，同時練習了顯示和記錄光路的方法，為接下來探究反射角與入射角的關系奠定了操作基礎。

2 提出有效問題，養(yǎng)成科學態(tài)度

有效提問是課堂教學中教師與學生之間交流與互動的橋梁，它將教師的意圖傳遞給學生，又將學生的學習情況反饋給教師。有效提問可以引導學生把握思維的方向，它是為理解而提問，也必須是有意義的提問。

教學片斷2

任務1：保持入射點和反射面不動，改變?nèi)肷涔饩€方向，觀察反射光線的變化。

問題1:你在實驗中有沒有發(fā)現(xiàn)一條特殊的光線？它與平面鏡有什么位置關系？如何證明？

學生在動手操作的過程中發(fā)現(xiàn)：當入射光線與鏡面垂直時，反射光線與入射光線重合。為學生提供一把直角三角尺后,他們自然會證明。

任務2：用圖3所示的器材演示光的空間反射，入射光線出現(xiàn)后可明顯地看到反射光線，在實驗中慢慢地旋轉轉臺，讓學生仔細觀察。

圖3

問題2:在旋轉轉臺的過程中，你有沒有發(fā)現(xiàn)一個特殊的視角位置？它有什么特點？這一現(xiàn)象說明了反射光線與入射光線有什么位置關系？如何去證明這一關系？

學生發(fā)現(xiàn)一個視角，有一根光線完全擋住另一根光線，看上去重合了(圖4)。經(jīng)過分析與思考，部分學生指出：反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)，當提供一塊白紙板，學生可以給出證明。

圖4

任務3：保持入射光線不動，將平面鏡一側墊高，繼續(xù)旋轉轉臺，確保每個學生都能重見反射光線與入射光線重合。

問題3:你認為反射光線與入射光線所在的平面與平面鏡有什么位置關系？如何證明？

有了前面問題的鋪墊，學生就會發(fā)現(xiàn)它們是垂直的關系，并能借助直角三角尺給出證明。

設計意圖:學生是學習的主體，教師創(chuàng)設問題情境進行引領，一些關鍵物理現(xiàn)象應由學生去發(fā)現(xiàn)和描述，讓其明白人眼并不可靠，必要時需要經(jīng)過測量或求證。借此培養(yǎng)學生嚴謹認真、實事求是的科學態(tài)度，也為接下來學習和理解法線做了一定的知識準備。

3 設計挑戰(zhàn)任務,建立物理觀念

在物理教學中應設計有挑戰(zhàn)性的任務，雖然以學生現(xiàn)有的水平還不能完成，但通過教師的引導與幫助，學生經(jīng)過適當?shù)乃伎己蛯W習，就能使他們的認識得到提升。人們有追求成功和由成功帶來的積極情感的傾向，設計有挑戰(zhàn)性的任務對力求成功的學生有很大的吸引力。

教學片斷3

任務1：將平面鏡放平，保持原有光路不變，重新在另一位置打開一支激光筆，調(diào)整后射向同一入射點，讓學生觀察現(xiàn)象。

問題1:兩條入射光線與其反射光線所在的平面有什么位置關系？請用紙板搭建出它們與平面鏡的位置模型。

學生經(jīng)過討論和思考，發(fā)現(xiàn)兩平面相交，并用紙板搭建出三者的位置模型(圖5)。

圖5

任務2:如果有第三條光線射向同一入射點，則它和反射光線所在的平面與之前的兩個平面有什么位置關系？請用紙板搭建出它們與平面鏡的位置模型。

學生經(jīng)過思考和討論，總結出三個平面相交于同一直線，通過團隊合作，完成了模型的建構(圖6)。

圖6

師:由此我們知道，所有射向同一點的光線與其反射光線所在的平面相交于同一直線，這條直線垂直于反射面，我們把它稱之為法線。

教師引導學生在圖2所記錄的光路圖上過入射點作平面鏡的垂線，并演示曲面鏡的情況下光的反射光路。

任務3:請你在圖2中表示出入射光線的角度，即入射角。說明為什么要這樣表示？

學生經(jīng)過動手、思考和討論，發(fā)現(xiàn)可以將入射光線與平面鏡的夾角或與法線的夾角表示成入射角，考慮到前者在曲面上無法表示，大部分同學贊成后者，采用同樣的方法可以表示出反射角。

設計意圖:教材通過“信息快遞”欄目介紹了法線、入射角和反射角，這些概念的引入顯得有些唐突或牽強。通過以上學習，學生可以理解法線的特點及其意義。

4 組織學生活動,進行科學探究

情境和問題都只是手段，而活動既是手段也是目的。在課堂上開展科學探究活動，可以使學生體驗物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，這種活動是指向?qū)W習目標的活動，也是有意義的活動。

教學片斷4

任務1:在光的反射現(xiàn)象中，反射角和入射角的大小有什么關系？請你設計一個表格用以研究它們的關系。

大部分學生回答：反射角等于入射角，也有同學回答：入射角等于反射角。教師投影設計的表格，并請學生介紹實驗方案，學生開始動手實驗。

任務2:你們的實驗結論是什么？哪種表述更好？為什么？請你用三根竹簽和泡沫來搭建光的反射光路模型。

學生經(jīng)過討論認為：用“反射角等于入射角”的表述比較好，因為反射角是隨入射角的改變而改變的。同時學生搭建的模型如圖7、圖8所示，教師進行投屏展示。

圖7

圖8

設計意圖:就反射角與入射角的關系讓學生經(jīng)歷猜想與假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、表達與交流等科學探究過程，并通過搭建光的反射模型來評估學習結果。

5 應用物理規(guī)律,發(fā)展科學思維

通過應用物理規(guī)律可以檢驗學生對物理知識的理解，教師要組織各種教學實踐活動，引導學生動腦、動口和動手，以形成技能技巧，并把知識轉化為能力。

教學片段5

任務：要求學生舉例并畫出由S點發(fā)出兩條光線經(jīng)平面鏡反射后的光路。

教師引導學生將兩條反射光線反向延長，隨后選擇幾張相對美觀的作圖予以展示。

問題1:圖中有個相交的點，它具有什么意義？

學生隱約地感覺到這一點應該有意義，有學生回答：這應該是光源S的像。教師給予肯定和鼓勵，并將不同的作圖進行投影對比。

問題2:你覺得法線以及反射光線的反向延長線應畫成實線還是虛線？為什么？

學生討論后覺得還是應畫成虛線，因為這不是真實的光線，也有同學覺得這都是輔助線，教師肯定他們的說法都有道理。

問題3:你覺得用虛線反向延長相交，表明平面鏡成像有什么特點？

學生將“虛線”和“虛像”聯(lián)系，短暫思考后答道：表明平面鏡成虛像。教師將小孔成像和平面鏡成像的圖作對比，提示學生回憶實像和虛像的概念。

問題4:請你思考實像能在光屏上呈現(xiàn)而虛像不能呈現(xiàn)的原因是什么？

學生討論后覺得實像能在光屏上呈現(xiàn)是因為有光線到達光屏，而成虛像時沒有光線到達光屏。

設計意圖:從光的反射角度進一步理解平面鏡成像原理，對虛像的本質(zhì)重新認識，基于初中幾何光學的特點，培養(yǎng)學生利用作圖研究光學問題的意識，達到發(fā)展學生科學思維的目的。

6 結語

光的反射定律是本節(jié)課的重點，法線概念的建立是本節(jié)課的難點，雖然課程標準中并未對法線概念提出明確要求，但在描述反射光線和入射光線的位置關系時，法線是一個關鍵的橋梁。[2]法線作為過入射點并垂直于鏡面的直線，其存在意義是為了描述反射光線的位置時有個參照標準。

本節(jié)課的教學通過問題和任務驅(qū)動學生的科學探究，幫助學生形成對光路、法線以及光的反射定律的認知。這種教學將課堂真正交給了學生，突出了學生的主體地位，讓學生在思考中動手，在動手中學習，在學習中提升，有效培養(yǎng)了學生的核心素養(yǎng)。