以教材為基礎(chǔ)開(kāi)展深度備課研究
——以蘇科版初中物理“光的折射”為例

西安交通大學(xué)蘇州附屬初級(jí)中學(xué)(215021) 陳 剛

隨著我區(qū)初中物理青年教師人數(shù)的激增，為了快速提升青年物理教師專業(yè)水平，2018年我區(qū)成立“區(qū)初中物理青年教師成長(zhǎng)共同體”(以下簡(jiǎn)稱“共同體”)。共同體成員在各學(xué)科指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下，通過(guò)優(yōu)課觀摩與剖析、集體備課與研討等方式，充分示范模仿，重點(diǎn)圍繞教材分析、教學(xué)提升、實(shí)驗(yàn)研究等方面，采用共同體集中理論研修與分小組定期教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合的方式開(kāi)展活動(dòng)，促進(jìn)青年教師快速成長(zhǎng)。

教材是知識(shí)的載體，是傳授知識(shí)的主要工具，是將該學(xué)科的知識(shí)、思想和方法，按照一定的知識(shí)體系、邏輯程序和認(rèn)知規(guī)律構(gòu)成的一個(gè)教學(xué)體系。它是連接知識(shí)與能力、教師與學(xué)生、課堂與課外的橋梁，是進(jìn)行各科教育和評(píng)價(jià)的基本準(zhǔn)則[1]。但是，某些課外輔導(dǎo)資料在我區(qū)初中物理教學(xué)的課內(nèi)、外得到廣泛的使用，甚至出現(xiàn)了在課堂上教材完全被課外教輔資料代替的現(xiàn)象。因此筆者作為物理學(xué)科指導(dǎo)教師，提出以“基于教材的深度研課”為主題的觀點(diǎn)，開(kāi)展基于教材的研究性備課工作。下面以“光的折射”一節(jié)為例，介紹基于教材的深度研課的一般流程，與廣大同仁交流討論。

1 深度研習(xí)課程標(biāo)準(zhǔn)，明確核心任務(wù)

課程標(biāo)準(zhǔn)是確定某一學(xué)科的課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、內(nèi)容目標(biāo)、實(shí)施建議的教學(xué)指導(dǎo)性文件?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》(以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》)對(duì)“光的折射”的要求表述為：①通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究并了解光的折射現(xiàn)象及其特點(diǎn)；②通過(guò)光束從空氣射入水中的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象及其特點(diǎn)[2]。通過(guò)表述，可以明確本節(jié)課有3個(gè)核心任務(wù)：①通過(guò)體驗(yàn)，認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象；②通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究光的折射特點(diǎn)；③通過(guò)活動(dòng)，解釋光的折射現(xiàn)象。

2 深度研讀教材資源，確定教學(xué)活動(dòng)

對(duì)教材的深度研讀，既要立足知識(shí)本質(zhì)的高度去審視教材內(nèi)容的科學(xué)性與適恰性；又要基于《課標(biāo)》的要求去還原教材編寫(xiě)者的意圖，梳理開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)時(shí)可能要用到的各素材之間的邏輯聯(lián)系，為將教材內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材做準(zhǔn)備[3]。為提升教材的發(fā)展性，應(yīng)對(duì)現(xiàn)行初中物理多種版本教材進(jìn)行對(duì)比和分析，結(jié)合學(xué)生的學(xué)情和思維的發(fā)展情況，集思廣益，深度挖掘，取各家之長(zhǎng)，整合教學(xué)內(nèi)容，將精心選擇的教學(xué)素材提供給學(xué)生，優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的高階思維和問(wèn)題解決能力。

初中物理各版本教材在“光的折射”一節(jié)中都注重生活情境的設(shè)計(jì)，通過(guò)文字、圖片、活動(dòng)等形式使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，符合初中生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和求知欲。但在構(gòu)建概念環(huán)節(jié)，多數(shù)版本是在文字或圖片的基礎(chǔ)上直接給出光的折射概念，缺少動(dòng)態(tài)生成。概念引入與概念建構(gòu)的界限不明顯，只有蘇科版教材由漫畫(huà)引出問(wèn)題，再通過(guò)活動(dòng)——光斑的移動(dòng)，充分利用學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)——光的直線傳播，將概念由靜態(tài)的呈現(xiàn)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)建模。

各版本教材通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別探究光在空氣和水、空氣和玻璃間折射的特點(diǎn)，使結(jié)論更具普遍性，更有說(shuō)服力。探究的問(wèn)題主要有：認(rèn)識(shí)三線兩角、三線位置關(guān)系、折射角與入射角關(guān)系、垂直入射、光路可逆等。蘇科版教材利用“信息快遞”欄目，將識(shí)記類的知識(shí)“三線兩角”前移，在認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象后介紹這5個(gè)與光的折射有關(guān)的名詞，這樣既可以充分利用已有情境，也便于學(xué)生將“光的反射”的“三線兩角”遷移運(yùn)用到“光的折射”中，進(jìn)而根據(jù)觀察的現(xiàn)象，結(jié)合“光的反射規(guī)律”猜想“光的折射特點(diǎn)”。因此應(yīng)該將認(rèn)識(shí)“三線兩角”放到“光的反射”教學(xué)環(huán)節(jié)中，在該環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)研究光的折射特點(diǎn)，避免任務(wù)過(guò)多，而重點(diǎn)不突出。

各版本教材都體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”這一課程基本理念，選擇了大量的貼近學(xué)生生活、符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)、激發(fā)并保持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的折射現(xiàn)象。如：“水中硬幣(或池水)變淺”在現(xiàn)有的7種版本的教材中都有呈現(xiàn)；“水中筷子(鉛筆)偏折”分別在滬粵版、北師大版、滬科版、教科版和上教版等5種版本的教材中呈現(xiàn)；“海市蜃樓”分別在北師大版、人教版、滬科版和教科版等4種版本的教材中呈現(xiàn)；“叉魚(yú)”分別在滬粵版、人教版和教科版等3種版本的教材中呈現(xiàn)。在掌握光的折射特點(diǎn)后，要求學(xué)生對(duì)上述現(xiàn)象作出科學(xué)的、合理的解釋，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用與遷移能力。

除了滬科版，其余6種版本教材都在該節(jié)增加了課外拓展欄目，滬粵版的“課外活動(dòng)”、北師大版的“閱讀材料”、教科版的“物理在線”、上教版的“STS”等欄目都介紹了光的全反射知識(shí)，這不僅是對(duì)初中光學(xué)知識(shí)的拓展，也體現(xiàn)了初、高中物理知識(shí)的有效銜接。

通過(guò)對(duì)各版本教材的分析，不僅能使教師更好地理解教材設(shè)計(jì)意圖，還能相互借鑒設(shè)計(jì)出更加貼近學(xué)生生活的學(xué)習(xí)情境，選擇更加符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)方案。筆者通過(guò)對(duì)各版本教材的研讀，確定教學(xué)活動(dòng)流程如圖1所示。

圖1 教學(xué)活動(dòng)流程

3 深度研磨情境創(chuàng)設(shè)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)

在物理教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)貼近生活、貼近社會(huì)的物理情境能給學(xué)生以直觀的形象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)。真實(shí)的情境和有目的的任務(wù)驅(qū)動(dòng)，能讓學(xué)生在探究活動(dòng)或解決問(wèn)題的過(guò)程中自主地理解知識(shí)，是改變學(xué)生注意方向和學(xué)習(xí)態(tài)度的一種積極的外部手段。

3.1 激趣引入，產(chǎn)生認(rèn)知沖突

教師演示實(shí)驗(yàn)：井底之蛙看星星。將手機(jī)的攝像頭置于平底無(wú)色透明瓶底(相當(dāng)于青蛙的眼睛)，距瓶口上方一定距離處平放一張畫(huà)有一輪彎月和一些星星的紙板(相當(dāng)于星空)，如圖2所示。演示時(shí)將手機(jī)同屏到大屏上，緩緩向瓶中加水，發(fā)現(xiàn)井底的青蛙看到的星星數(shù)量變多。

圖2 井底之蛙看星星

學(xué)生分組活動(dòng)：觀察硬幣的深淺。實(shí)驗(yàn)桌上有2個(gè)裝有一元硬幣的紙杯，往左邊的紙杯中倒入大半杯的水，讓學(xué)生觀察兩枚硬幣的深淺。

深度分析：通過(guò)教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組活動(dòng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，分別呈現(xiàn)有水和無(wú)水時(shí)觀察到的現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。“興趣是最好的老師”，學(xué)生發(fā)現(xiàn)有水時(shí)硬幣變淺、看到的星空范圍變大，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和求知欲，且這兩個(gè)活動(dòng)分別預(yù)設(shè)了“光由水中射向空氣”和“光由空氣射入水中”兩種生活中常見(jiàn)的折射現(xiàn)象，為后續(xù)的解釋現(xiàn)象和應(yīng)用拓展做好鋪墊。

3.2 建構(gòu)概念，掌握物理觀念

師生共同活動(dòng)：將激光(已固定)沿水槽的左邊斜射入水槽的右下角，形成一個(gè)光斑，向水槽中緩慢倒入水，觀察光斑的變化。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)：(1)畫(huà)出加水前射向玻璃缸底部的光路；

(2)加入一半的水，畫(huà)出光斑移動(dòng)后的光路；

(3)繼續(xù)加滿水，畫(huà)出光斑移動(dòng)后的光路；

(4)如何判斷所畫(huà)光路是否正確？

(5)類比“光的反射”命名跟“光的折射”有關(guān)的物理名詞；

(6)類比“光的反射規(guī)律”猜想“光的折射特點(diǎn)”。

深度分析：通過(guò)“師生活動(dòng)+任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的形式，充分利用學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)(光的直線傳播)，深度挖掘教材資源的作用。任務(wù)驅(qū)動(dòng)(1)光沿直線傳播，學(xué)生都可輕松完成；加水后，光斑左移，任務(wù)驅(qū)動(dòng)(2)和(3)有一定的難度，需要學(xué)生思考后再次利用已有的經(jīng)驗(yàn)——光在同一種介質(zhì)中沿直線傳播，由于光斑的位置發(fā)生移動(dòng)，說(shuō)明光線的傳播方向發(fā)生了改變，光在水面上的空中沿直線，在水面下的水中沿直線，所以只有在空氣與水的交界處發(fā)生了改變，對(duì)光路的偏折情況作出了猜想；在任務(wù)驅(qū)動(dòng)(2)的基礎(chǔ)上學(xué)生可以輕松解決任務(wù)驅(qū)動(dòng)(3)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)(2)和(3)還預(yù)設(shè)了光在兩種物質(zhì)分界面發(fā)生折射時(shí)，入射角相等，折射角也相等，便于后續(xù)對(duì)光斑移動(dòng)的解釋；任務(wù)驅(qū)動(dòng)(1)、(2)和(3)為師生的互動(dòng)創(chuàng)造了良好的氛圍，在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不僅僅是用眼睛看教師的演示，更要通過(guò)思考，動(dòng)筆畫(huà)光路，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的思維。蘇科版教材編排有利于將單純的教師演示轉(zhuǎn)化為師生共同活動(dòng)，避免了只有教師做、學(xué)生只欣賞的現(xiàn)象發(fā)生。任務(wù)驅(qū)動(dòng)(4)通過(guò)問(wèn)題的形式，喚醒學(xué)生對(duì)于顯示光路的方法的記憶，再通過(guò)噴霧、加牛奶的方式分別顯示空氣和水中的光路，用事實(shí)驗(yàn)證學(xué)生的作圖猜想，并真實(shí)呈現(xiàn)光在水與空氣的分界面同時(shí)發(fā)生反射與折射現(xiàn)象，從而認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象；任務(wù)驅(qū)動(dòng)(5)和(6)通過(guò)類比的情境創(chuàng)設(shè)，創(chuàng)設(shè)學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，解除學(xué)生畏懼心理，讓學(xué)生命名跟“光的折射”有關(guān)的名詞，進(jìn)而有依據(jù)地提出“光的折射特點(diǎn)”的猜想，將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。

3.3 探究規(guī)律，提高關(guān)鍵能力

學(xué)生分組活動(dòng)：將玻璃磚放在硫酸紙的方格上，作出通過(guò)玻璃磚的光路。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)：(1)探究三線的位置關(guān)系；

(2)研究折射角與入射角的關(guān)系。

深度分析：借助探究光反射時(shí)三線共面的方法，引導(dǎo)學(xué)生將分界面的一邊沿著桌邊放置，水平拉緊硫酸紙，由玻璃磚中的折射光線在硫酸紙上呈現(xiàn)，將硫酸紙沿桌邊向下偏折，折射光線消失，用噴霧或?qū)⒘蛩峒埢謴?fù)水平，折射光線再現(xiàn)的現(xiàn)象，說(shuō)明折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，完成任務(wù)驅(qū)動(dòng)(1)。利用玻璃磚探究光的折射規(guī)律，可以充分利用學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)兩點(diǎn)確定一條直線，作出光在空氣中的傳播情況，再根據(jù)光路的連續(xù)性和光在玻璃磚中也是沿直線傳播，連接空氣與玻璃磚分界面上的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，從而可以將完整的光路留痕在硫酸紙上，便于進(jìn)一步研究折射的特點(diǎn)。通過(guò)組間交流可以得出，光由空氣斜射入玻璃磚時(shí)，折射角小于入射角，光由玻璃磚斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角；將3組硫酸紙疊放(事先規(guī)定分別用紅、藍(lán)、黃水筆畫(huà)圖)，發(fā)現(xiàn)隨著入射角增大，折射角也增大，將動(dòng)態(tài)的變化轉(zhuǎn)化為靜態(tài)的3條光路比較，變抽象為直觀地研究任務(wù)驅(qū)動(dòng)(2)。將硫酸紙覆蓋在有條形線的作業(yè)紙上，將入射光線與其中的一條線重合，發(fā)現(xiàn)最終的出射光線與條形線平行，在硫酸紙的兩個(gè)入射點(diǎn)處都作出法線，通過(guò)平行線間角的關(guān)系，生成新問(wèn)題——折射時(shí)光路可逆。蘇科版教材選擇條形玻璃磚作為分組實(shí)驗(yàn)器材，避免學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)與教師用水做的演示實(shí)驗(yàn)重復(fù)，增加了器材的多樣性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有普遍性。玻璃磚不僅不會(huì)弄濕紙張，而且便于學(xué)生作圖留痕，使實(shí)驗(yàn)具有可控性、可操作性。

3.4 解釋現(xiàn)象，培養(yǎng)高階思維

模擬叉魚(yú)游戲：2套捕魚(yú)神器(固定在鐵架臺(tái)上可上、下轉(zhuǎn)動(dòng)的黑色圓珠筆筒作為瞄準(zhǔn)器；1塊紅色的大小約為10 mm×5 mm×5 mm的紅色橡皮固定在水槽的一角，代替小魚(yú))。要求：只準(zhǔn)操作一次。請(qǐng)兩位學(xué)生參與，一位學(xué)生用激光筆照魚(yú)，另一位學(xué)生用魚(yú)叉(用燒烤棒代替)叉魚(yú)，如圖3所示[4]。

圖3 模擬捕魚(yú)神器

任務(wù)驅(qū)動(dòng)：(1)兩位學(xué)生分別發(fā)表成功感言和失敗原因；

(2)若將水中的魚(yú)比作是井底之蛙，加水后，井底之蛙為什么看到的星星變多？

(3)水中硬幣為什么會(huì)變淺？若將鉛筆斜插入水中，鉛筆為什么會(huì)向上偏折？

深度分析：利用所學(xué)知識(shí)，解釋生活中的折射現(xiàn)象是本節(jié)課的難點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的思維能力要求較高。圖3的捕魚(yú)神器，涵蓋了初中經(jīng)常涉及的光在空氣和水的界面折射時(shí)的兩種情形：激光照射魚(yú)時(shí)，光由空氣射入水中發(fā)生折射，隱含折射時(shí)的光路可逆；魚(yú)叉叉魚(yú)時(shí)，看到的魚(yú)是由于光由水中射入空氣中發(fā)生折射而成的虛像，這兩種情形分別與課前引入的兩個(gè)活動(dòng)對(duì)應(yīng)，為解釋引入的懸念做好準(zhǔn)備。任務(wù)驅(qū)動(dòng)(1)的成功感言不僅能夠分析出我們看到的魚(yú)的光路與激光照射魚(yú)的光路重合，即光路可逆的具體應(yīng)用。若將水中的魚(yú)比作是井底之蛙，此時(shí)的激光光路就是加水后井底之蛙看到天空的光路，即水中的井底之蛙看到的星星變多，范圍變大，是由于光由空氣中斜射入水中，折射光線偏向法線的緣故，進(jìn)而解釋任務(wù)驅(qū)動(dòng)(2)。通過(guò)對(duì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)(1)的失敗原因的分析：魚(yú)叉在魚(yú)的上方，說(shuō)明由于折射看到的水中的物體變淺了，其原因是光由水中射入空氣，折射光線偏離法線，人“看到”的物體在折射光線的反向延長(zhǎng)線上，從而產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，導(dǎo)致叉魚(yú)失敗。結(jié)合光路分析，再依次呈現(xiàn)圖4的(a)、(b)、(c)，通過(guò)PPT動(dòng)態(tài)光路圖解釋看到水中的硬幣變淺；將鉛筆斜插入水中，其下端剛好與硬幣位置重合，從而便于學(xué)生猜想到鉛筆下端跟硬幣一樣的上移，而水面之上不變，從而有依據(jù)地得出向上偏折的結(jié)論，進(jìn)而解釋任務(wù)驅(qū)動(dòng)(3)。接著跟學(xué)生一起看課本第80頁(yè)引入的漫畫(huà)，解釋其中的原因，在明白看到的池水為什么變淺后，警示學(xué)生要遠(yuǎn)離陌生水域，增強(qiáng)安全意識(shí)，珍愛(ài)生命，從我做起。

圖4 光路分析

3.5 課外拓展，滲透初高銜接

教師演示：如圖5所示，向圓形水柱中斜射入一束強(qiáng)激光，看到水中彎曲的光路。

圖5 向圓形水柱中斜射入一束強(qiáng)激光

任務(wù)驅(qū)動(dòng)：大家課后思考，這個(gè)現(xiàn)象在日常生活中有什么應(yīng)用。

深度分析：適當(dāng)拓展所學(xué)知識(shí)，有利于知識(shí)的外延，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)完善全反射的條件，也為高中進(jìn)一步學(xué)習(xí)光學(xué)做好準(zhǔn)備，滲透初、高中物理教學(xué)的銜接。

4 深度研制鞏固練習(xí)，關(guān)注多元評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)不僅是教學(xué)的終點(diǎn)，也是教學(xué)的起點(diǎn)。評(píng)價(jià)要有助于學(xué)生掌握物理觀念，評(píng)價(jià)要綜合運(yùn)用紙筆測(cè)試、實(shí)驗(yàn)操作、課題研究、行為觀察、活動(dòng)表現(xiàn)等多種方式，把過(guò)程性評(píng)價(jià)與結(jié)果性評(píng)價(jià)相結(jié)合，使發(fā)展變化過(guò)程成為評(píng)價(jià)的組成部分[5]。因此教師應(yīng)布置多種形式的作業(yè)，可以將學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)由課堂延伸到課外，由學(xué)校轉(zhuǎn)向家庭、社會(huì)。所以本節(jié)課除布置了紙筆作業(yè)外，還布置了如下的兩道課后作業(yè)：①請(qǐng)教老師、同學(xué)、親友或者上網(wǎng)搜索，了解全反射的知識(shí)及其在生活中的應(yīng)用；②家庭小實(shí)驗(yàn)：模擬光在光纖中的傳播。要求：拍成視頻，上傳QQ群，以便分享和交流。

5 小結(jié)

教材不僅是課程標(biāo)準(zhǔn)的代言人，更是學(xué)科知識(shí)的精華，眾多專家、學(xué)者智慧的結(jié)晶。教材不是一般的材料、讀物，它是根據(jù)教育目的和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律和認(rèn)識(shí)特點(diǎn)，專門(mén)研制和編寫(xiě)的文本，適合于相應(yīng)特定階段的學(xué)生學(xué)習(xí)。認(rèn)真鉆研教材的內(nèi)容，是對(duì)青年物理教師的最基本要求。青年物理教師對(duì)教材的運(yùn)用往往會(huì)出現(xiàn)兩種極端：一種是照本宣科，沒(méi)有深度挖掘；一種是棄之不用，完全依賴課外輔導(dǎo)資料。葉圣陶先生曾說(shuō)：“教材無(wú)非是個(gè)例子”，但它一定是最典型、最具代表性的例子，雖然不能只教教材，但一定要利用好教材，從《課標(biāo)》的角度還原教材編寫(xiě)者的意圖，進(jìn)行深度研課，促進(jìn)青年教師的專業(yè)成長(zhǎng)。