基于深度學(xué)習(xí)的初中物理教學(xué)設(shè)計與實施①
——以“平面鏡成像”教學(xué)為例

韋 丹 李建鋒

(1.廣東省深圳市龍崗區(qū)龍城高級中學(xué)教育集團(tuán)寶龍外國語學(xué)校,廣東 深圳 518172;2.廣東省深圳市龍崗區(qū)龍城天成學(xué)校,廣東 深圳 518172)

義務(wù)教育物理課程目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),要求學(xué)生能在各種復(fù)雜多變的、有意義的、開放的真實情境中,利用已有的知識與經(jīng)驗,通過不斷實踐、討論、質(zhì)疑和反思,解決各種復(fù)雜且陌生的問題。[1]物理深度學(xué)習(xí)具有指向物理觀念的概念關(guān)聯(lián)與意義建構(gòu)、形成科學(xué)思維的質(zhì)疑論證與推理建模、注重科學(xué)探究的活動設(shè)計與評估、觸發(fā)評價體系的反思與體悟等特征。[2]深度學(xué)習(xí)是一種培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑,筆者以省級實驗精品課“平面鏡成像”為例,引導(dǎo)學(xué)生在實驗中探究,在探究中構(gòu)建,在構(gòu)建中批判,在批判中遷移,在遷移中應(yīng)用,切實培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 基于深度學(xué)習(xí)的“平面鏡成像”教學(xué)設(shè)計

平面鏡成像是生活中常見的物理現(xiàn)象,是在 “光的反射”后的學(xué)習(xí)內(nèi)容,為“凸透鏡成像”的學(xué)習(xí)提供必要的認(rèn)知基礎(chǔ),起到承前啟后的作用。教材給出的實驗方案存在預(yù)設(shè)結(jié)論、刻意引導(dǎo)的痕跡,實驗功能單一,其探究過程的思維容量較小,難以促使學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)。此外,教師往往直接告知平面鏡成像的原理并要求學(xué)生進(jìn)行程序化的作圖訓(xùn)練,學(xué)生只停留在淺層學(xué)習(xí)階段,不能深刻理解其原理。針對以上問題,筆者圍繞“知識主線”“問題主線”“活動與評價主線”和“深度學(xué)習(xí)”,進(jìn)行促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(圖1)。

圖1

2 基于深度學(xué)習(xí)的“平面鏡成像”教學(xué)實施

2.1 平面鏡成像規(guī)律的探究

在真實的實驗情境下,利用生成的課堂資源,提出探究任務(wù),驅(qū)動學(xué)生深度思考:如何通過建構(gòu)模型來探究平面鏡成像的規(guī)律?

教學(xué)片段1

教師巡視指導(dǎo)學(xué)生的第一次分組實驗,根據(jù)教材實驗方案開展探究活動。提問:根據(jù)實驗數(shù)據(jù),你們有什么發(fā)現(xiàn)?

學(xué)生討論、歸納:在一定實驗誤差范圍內(nèi),像的大小與物的大小相等,像與物到鏡面的距離相等,像與物的連線與鏡面垂直。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)的誤差來源。提問:為什么實驗中我們找到的像和物沒有完全對稱,我們?nèi)绾胃倪M(jìn)實驗來準(zhǔn)確地找到像的位置呢?

學(xué)生討論、分享:蠟燭A與B的體積較大,所以像的位置存在一定誤差,可以通過縮小蠟燭體積來減小實驗誤差。

教師展示自制平面鏡成像儀(圖2),解釋長桿LED點光源的原理,即任何一個發(fā)光物體可以認(rèn)為由一個個點光源構(gòu)成,將立體的蠟燭簡化為一個點光源模型,探究像與物的位置關(guān)系。

圖2

學(xué)生分組實驗:改變長桿LED點光源從孔中伸出的長度,如圖3所示,固定一個孔,使長桿LED點光源伸出長度為30 mm,眼睛在鏡前觀察,可看到LED燈在鏡子后面的像,移動磁吸式標(biāo)尺,直至與像完全重合,確定LED點光源的位置和磁性標(biāo)識在鐵桿上的位置。如果LED點光源伸出長度為 0 mm,可以移動小圓磁來探究像與物位置關(guān)系。移動LED燈,重做實驗,將數(shù)據(jù)記錄在表格中。

圖3

設(shè)計意圖：在完成教材實驗探究后,教師引導(dǎo)學(xué)生分析實驗誤差來源,運用自制實驗器材,引導(dǎo)學(xué)生主動構(gòu)建點光源模型,由立體光源到點光源,為本節(jié)課平面鏡成像的作圖作了有效鋪墊,符合深度學(xué)習(xí)指向物理觀念的概念關(guān)聯(lián)與意義建構(gòu)的特征。

2.2 平面鏡成虛像的驗證

教師在講授平面鏡成虛像的原理時,必須將學(xué)生的經(jīng)驗與新知相聯(lián)系,在新舊知識點間搭建好互相印證的橋梁,才能引導(dǎo)學(xué)生對新知識的意義進(jìn)行有效建構(gòu),撬動深度學(xué)習(xí)。

教學(xué)片段2

教師提問:平面鏡成的像是實像還是虛像呢?我們該如何探究?

學(xué)生選取合適的實驗材料——光屏,通過實驗現(xiàn)象分析,得出結(jié)論:平面鏡成的是虛像,因為其所成的像無法用光屏承接。

教師展示課本的平面鏡成像光路圖,說明:平面鏡成像的本質(zhì)是光的反射。由于人眼總是認(rèn)為光沿直線傳播,所以虛像其實是由實際光線的反向延長線會聚而成的。

教師再次提問:能否通過實驗確定像的位置并驗證平面鏡成像的規(guī)律?

學(xué)生小組操作、作圖并展示,將平面鏡安裝在凹槽中且讓其與垂直平面的“0”刻度線重合。在垂直平面上鋪上坐標(biāo)紙,將LED燈從其中一個孔伸出1 mm,利用兩只激光器模擬LED燈發(fā)出的兩條入射光線(圖4),根據(jù)光路在坐標(biāo)紙上畫出入射點和兩條反射光線(圖5),畫出反射光線的反向延長線的交點,確定像的位置。改變LED燈的位置,重做實驗,記錄多組數(shù)據(jù),比較物與像的位置關(guān)系,進(jìn)而驗證平面鏡成像的規(guī)律。

圖4

圖5

教師演示實驗,在前面實驗的基礎(chǔ)上直接用激光重現(xiàn)反射光線的反向延長線,通過延長線的交點確定像的位置,比較像與物的位置關(guān)系(圖6)。

圖6

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生探究平面鏡成虛像的原理,然后讓學(xué)生利用自制實驗器材從平面鏡成像原理逆向驗證平面鏡成像的規(guī)律,培養(yǎng)了學(xué)生運用逆向思維解決實際問題的能力。該環(huán)節(jié)使學(xué)生的經(jīng)驗與新知識相互關(guān)聯(lián)、支撐,既鍛煉了學(xué)生的動手能力,又培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決問題的能力,符合深度學(xué)習(xí)的遷移與應(yīng)用的特征。

2.3 平面鏡成像實驗的拓展

基于實驗解決生活中的真實問題,能促使學(xué)生在深度思考中提高核心素養(yǎng),而平面鏡成像實驗的拓展為學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)提供了很好的平臺。

教學(xué)片段3

教師提問:如果平面鏡與底板不垂直,會有什么現(xiàn)象?

學(xué)生進(jìn)行小組實驗探究,進(jìn)行交流:通過調(diào)節(jié)旋鈕改變左側(cè)底板與鏡面的夾角,右側(cè)底板保持與鏡面垂直。將發(fā)光的蠟燭豎立在左側(cè)底板上(圖7),發(fā)現(xiàn)無論怎么鏡子后方的蠟燭都無法與前者所成的像重合。將右側(cè)底板調(diào)節(jié)到其與鏡面的夾角跟左側(cè)底板與鏡面的夾角一樣時,才能使右側(cè)底板上的蠟燭與鏡子所成的像重合(圖8)。比較此時物與像的位置和大小關(guān)系,可再次驗證平面鏡成像的規(guī)律。

圖7

圖8

教師提問:為什么小汽車的擋風(fēng)玻璃是傾斜的?

學(xué)生回答:為了使像不成在司機(jī)正前方,如果像成在司機(jī)正前方會導(dǎo)致司機(jī)看不清前方景象,容易引起交通事故。

設(shè)計意圖：通過設(shè)置情境,聯(lián)系生活,利用擋風(fēng)玻璃的設(shè)計原理持續(xù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,體現(xiàn)了“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念,實驗探究的拓展也給學(xué)生提供了運用物理知識解決實際問題的機(jī)會,彰顯了深度學(xué)習(xí)的遷移與應(yīng)用的特征。

3 總結(jié)與反思

本節(jié)課利用自制的創(chuàng)新實驗器材促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí),首先通過創(chuàng)設(shè)生活情境,引發(fā)學(xué)生深度思考平面鏡成像的原理,強(qiáng)調(diào)理解與批判,讓學(xué)生積極參與課堂教學(xué)。接著引導(dǎo)學(xué)生運用平面鏡成像的原理拓展實驗探究,旨在關(guān)注概念的關(guān)聯(lián)與意義建構(gòu),發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。最后創(chuàng)設(shè)擋風(fēng)玻璃的生活情境,引導(dǎo)學(xué)生運用物理知識解決實際問題,重在遷移與應(yīng)用,拓寬深度學(xué)習(xí)的廣度。