借助《認(rèn)識棱鏡》教學(xué)發(fā)展學(xué)生思維

林曉彬

〔摘? ? 要〕? 《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，核心素養(yǎng)包含科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等。重視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)是科學(xué)教育的重要內(nèi)容之一，將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維貫穿于科學(xué)課堂具有重要意義。本文借助教科版《認(rèn)識棱鏡》一課，通過材料進(jìn)階、科學(xué)史的重演、評價單的使用，探討如何在科學(xué)課堂教學(xué)中對學(xué)生的科學(xué)思維進(jìn)行培養(yǎng)。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；科學(xué)思維；材料進(jìn)階；科學(xué)史；評價單

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 16? ? 031-033

胡衛(wèi)平教授指出：思維活動是課堂教學(xué)中的核心活動，教學(xué)的本質(zhì)是思維，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要思考。一節(jié)課除了讓學(xué)生掌握實驗技能、科學(xué)知識之外，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維也是非常重要的。因此，筆者以《認(rèn)識棱鏡》一課的教學(xué)為例，探討如何對學(xué)生的科學(xué)思維進(jìn)行培養(yǎng)。

一、材料進(jìn)階，為學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展搭建“腳手架”

科學(xué)思維的發(fā)展不是一蹴而就的，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維需要給他們提供腳手架。只有給學(xué)生提供足夠的進(jìn)階材料，借助材料，讓學(xué)生的思維可視化，才能讓學(xué)生在進(jìn)階的材料中潛移默化地發(fā)展科學(xué)思維。

《認(rèn)識棱鏡》是教科版五年級上冊“光”單元的第5課。教材在上一節(jié)課中講授光由空氣斜射入水中發(fā)生折射現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，繼續(xù)讓學(xué)生探索光由空氣中斜射入玻璃等其他透明物體時，是否也能發(fā)生折射，進(jìn)一步對折射概念進(jìn)行深層次的理解。為了讓學(xué)生理解白光透過三棱鏡會產(chǎn)生折射分解成七色光的這個教學(xué)重點，我做了以下設(shè)計：上課之初創(chuàng)設(shè)適合學(xué)生思維發(fā)展的情境，播放《小豬佩奇》動畫視頻，用動畫形象直觀地向?qū)W生介紹彩虹的出現(xiàn)需要雨和陽光。當(dāng)我提出彩虹的形成需要什么條件時，學(xué)生很容易就能答出需要雨和陽光。動畫片的內(nèi)容引起學(xué)生的興趣，并進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生的認(rèn)知——彩虹的形成需要雨和陽光，為后續(xù)的學(xué)習(xí)埋下伏筆。接著，筆者回顧上節(jié)課所學(xué)習(xí)的知識，筆者展示了教材中的光從空氣進(jìn)入水中的圖片，請學(xué)生說出觀察到的圖片的現(xiàn)象。學(xué)生說出光從空氣進(jìn)入水中會在水面處發(fā)生偏折。我借助多媒體將光的路線圖用箭頭表示出來，帶領(lǐng)學(xué)生回顧了上節(jié)課學(xué)習(xí)到的光的折射現(xiàn)象。有了這些知識作為鋪墊，我拿出了一個透明的三角體提問：光從空氣中進(jìn)入透明的三角體會發(fā)生什么現(xiàn)象？請學(xué)生進(jìn)行猜測，并將猜測畫在相應(yīng)的記錄單中（如圖1）。學(xué)生思維發(fā)展程度不同，有些學(xué)生由于思維定式的存在，仍舊認(rèn)為光在透明的三角體中還是沿直線傳播，而有些學(xué)生能夠較為自然地進(jìn)行知識遷移，認(rèn)為光從空氣中進(jìn)入透明三角體也會發(fā)生偏折。學(xué)生匯報的兩種結(jié)果，表明了兩種不同的思維形式。實驗?zāi)芨嬖V我們答案。我們將光源的開關(guān)打開，能夠直接看到光從空氣中進(jìn)入透明三角體的傳播路線。學(xué)生能夠根據(jù)實驗現(xiàn)象說出：光從空氣中進(jìn)入透明三角體發(fā)生了偏折，從透明三角體到空氣中再次發(fā)生了偏折。筆者再次將光從空氣中進(jìn)入透明三角體的傳播路線用光路圖進(jìn)行表示（如圖2）。學(xué)生能夠清楚地認(rèn)識到光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)會發(fā)生偏折即光的折射。這些材料的進(jìn)階，為學(xué)生接下來學(xué)習(xí)光從空氣中進(jìn)入三棱鏡會發(fā)生什么現(xiàn)象埋下伏筆。

二、科學(xué)史重演，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展

學(xué)生在接下來的活動中將重走偉大物理學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)光的色散原理之路。我們用牛頓這位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光的色散歷程，推動學(xué)生思維能力的發(fā)展。

筆者在接下來的教學(xué)中直接引入了牛頓研究光的色散的科學(xué)史：在300多年前，一位偉大的科學(xué)家——牛頓，他做了一個與我們剛剛將光照射透明三角體相似的實驗。他將白光照射到了與這個三角體相似的物體中（這個物體在小組長的抽屜里）。筆者提出觀察任務(wù)：觀察這個物體的特點。組長拿出三棱鏡，小組學(xué)生一起觀察。學(xué)生在觀察后說出了自己觀察到的細(xì)節(jié)，培養(yǎng)了與他人合作、交流的能力。學(xué)生匯報：這個物體是由玻璃制成的，透明，等等。教師進(jìn)行總結(jié)補充：像這樣具有三條棱、截面是三角形、側(cè)面是長方形的透明物體，我們把它稱為三棱鏡。教師進(jìn)一步提醒，三棱鏡是由玻璃制成的，易碎，請大家在實驗的過程中要注意輕拿輕放。通過讓學(xué)生對三棱鏡的觀察，筆者引出本節(jié)課的教學(xué)重點：用白光照射三棱鏡會有什么現(xiàn)象？學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，較為容易地猜測出白光透過三棱鏡可能產(chǎn)生折射。但具體的現(xiàn)象是什么，學(xué)生還是不夠清楚，有待實驗進(jìn)行驗證。教師為學(xué)生提供了手電筒、三棱鏡、屏等材料，并提問如何進(jìn)行實驗？學(xué)生用以往的知識經(jīng)驗說出實驗材料的擺放方式。這個過程培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力。

為了讓學(xué)生能在課堂上快速地看到實驗現(xiàn)象，在課前的下水實驗中，我發(fā)現(xiàn)將三棱鏡的一條棱對準(zhǔn)屏，手電筒進(jìn)行照射最容易看到實驗現(xiàn)象。學(xué)生以小組的形式進(jìn)行實驗，學(xué)生在實驗的過程中能發(fā)現(xiàn)白光透過三棱鏡在屏上出現(xiàn)的不是白光，而是多種顏色的光斑。教師請學(xué)生畫出光在三棱鏡中的傳播路線是在實驗結(jié)束以后進(jìn)行的。學(xué)生在看到手電筒的光透過三棱鏡在屏上的光斑后能更容易地將光路圖畫出來。用彩色筆表示光斑的顏色，學(xué)生將光斑顏色畫在實驗記錄單上。通過之前的學(xué)習(xí)鋪墊，學(xué)生在記錄單中體現(xiàn)了思維發(fā)展的不同程度。學(xué)生畫的光路圖出現(xiàn)了很多條帶箭頭的線，這是學(xué)生思維深度發(fā)展的體現(xiàn)。在之前的學(xué)習(xí)鋪墊中，學(xué)生知道了光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時光路會發(fā)生偏折，而白光透過三棱鏡卻在屏上出現(xiàn)了彩色的光斑，因此學(xué)生猜測可能是由于光“分散”開了，由此出現(xiàn)了多個箭頭。這證明了之前的一次次光路圖的繪制，為學(xué)生思維的發(fā)展提供了腳手架，學(xué)生能在這個教學(xué)過程中發(fā)展思維能力。當(dāng)然有些沒有畫出多個箭頭的學(xué)生也會在畫光斑的過程中產(chǎn)生疑問：白光透過三棱鏡后為什么在光屏上出現(xiàn)了彩色光斑？筆者在課前的下水實驗中發(fā)現(xiàn)，很難收集到像教材那樣色彩分明的七色光帶，查閱資料后發(fā)現(xiàn)是由于手電筒發(fā)出的光與真實的太陽光有一定的差距。所以學(xué)生在匯報實驗現(xiàn)象的時候自然沒有辦法把白光分解成紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種光全部說出來。

因此，我在課堂上引入了仿真實驗，仿真實驗使我們能夠克服天氣、光的波長等不利條件，將一些不利的因素排除在外，因而看到的實驗現(xiàn)象是非常明顯的。在仿真實驗中，學(xué)生很清楚地觀察到在屏上出現(xiàn)了漸變的光帶，它們分別是紅橙黃綠藍(lán)靛紫。我借助仿真實驗的現(xiàn)象向?qū)W生介紹科學(xué)家的研究：白光透過三棱鏡會被分解成紅橙黃綠藍(lán)靛紫七種色光，并且這些光并不是層次分明的，而是漸變的。學(xué)生在仿真實驗中能夠更加清晰直觀地看到白光被分解成七色光的現(xiàn)象。學(xué)到這里，讓學(xué)生解釋彩虹形成的原因就簡單多了。學(xué)生指出在太陽光的作用下，雨滴充當(dāng)三棱鏡的作用，使陽光被分解成了七色光。為了讓學(xué)生能夠進(jìn)一步理解光的色散，我當(dāng)場展示泡泡機(jī)吹出的泡泡，請學(xué)生再次進(jìn)行解釋，為什么能看到彩色的泡泡？學(xué)生異口同聲地說出了泡泡充當(dāng)三棱鏡的作用，白光被泡泡分解成了色光。這個過程培養(yǎng)了學(xué)生的語言表達(dá)能力，將學(xué)生的思維外顯化了。

為了促進(jìn)學(xué)生的逆向思維能力的發(fā)展，我借助剛剛引入的牛頓發(fā)現(xiàn)光的色散的科學(xué)史故事提出：牛頓發(fā)現(xiàn)白光可以分解成七色光，那七色光可以合成白光嗎？這個問題很容易就引起學(xué)生的興趣。學(xué)生異口同聲地說：能！我介紹牛頓想到的方法——牛頓盤。我拿出電動彩色盤，學(xué)生看到彩色盤的時候馬上就知道要如何進(jìn)行驗證了，那就是將彩色轉(zhuǎn)盤快速地轉(zhuǎn)動起來。這時，驗證光的合成實驗就水到渠成了。我們利用電動機(jī)讓彩色盤快速轉(zhuǎn)動起來，學(xué)生興奮極了。但奇怪的是，彩色盤在轉(zhuǎn)動的過程中并沒有出現(xiàn)我們想象中的白色。在查找資料后，我看到了李爾敏老師的帖子：光學(xué)三原色是紅綠藍(lán)，色彩三原色是紅黃藍(lán)（其實是品紅、黃、青）。光學(xué)三原色是加法三原色，即這三種色度的光疊加后呈現(xiàn)新的顏色。這三種光以相同的比例混合，且達(dá)到一定的強(qiáng)度，就呈現(xiàn)白色（白光）；若三種光的強(qiáng)度均為零，就是黑色（黑暗）。色彩三原色是減法三原色，我們看到物體的顏色是因為物體不吸收此種顏色，反射到人眼中即成為物體的顏色，故為減法。顏料的顏色來自吸收光而不是發(fā)出光，所以就采用了紅綠藍(lán)的補色：紅的補色是青，綠的補色的是洋紅，藍(lán)的補色是黃，俗稱藍(lán)紅黃。也就是說產(chǎn)生機(jī)制不同導(dǎo)致了其原色也不同。為什么光的三原色是紅綠藍(lán)呢？不是出于物理原因，而是出于生物原因，是因為人眼有三種感受顏色的視錐細(xì)胞，三種視錐細(xì)胞最敏感的顏色實際上是黃綠、綠、藍(lán)紫，但是為了最大限度地分別刺激這三種細(xì)胞，于是采用了波長差距更大的紅、綠、藍(lán)。

在課堂上，我簡單地向?qū)W生解釋彩色盤沒有出現(xiàn)白色的原因是因為顏色與光是有一定區(qū)別的，所以我們看到的是彩色盤轉(zhuǎn)動起來呈現(xiàn)灰白的顏色而不是理想中的白色。作為擴(kuò)展，我向?qū)W生進(jìn)一步進(jìn)行介紹：在科學(xué)家對光帶的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，光帶中有三種顏色是不會被分解的，它們分別是紅、綠、藍(lán)，它們被稱為三基色。當(dāng)這三種色光均勻地混合在一起后會出現(xiàn)神奇的現(xiàn)象。請學(xué)生在課后仿照教材展示的實驗步驟進(jìn)行彩色輪的制作并進(jìn)行實驗。學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)、思維的發(fā)展不止步于課堂。

三、使用評價單，監(jiān)控學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展

一直以來我們對學(xué)生的評價常常限于紙筆測試，以致學(xué)生只重視對于科學(xué)知識的掌握，而忽視了核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。在課堂教學(xué)的最后一個環(huán)節(jié)，我設(shè)計了評價報告表，讓學(xué)生進(jìn)行自評和小組互評（見表1）。這樣做的目的在于強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中除了要掌握科學(xué)知識，更重要的是要知道自己對科學(xué)課堂學(xué)習(xí)活動的參與情況。學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展水平也能從評價單中得到體現(xiàn)。

綜上所述，科學(xué)課堂的核心活動是思維活動。科學(xué)教師應(yīng)該認(rèn)真設(shè)計好教學(xué)中的各個環(huán)節(jié)，高度重視對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，通過腳手架、科學(xué)史、評價單等幫助他們更好地學(xué)習(xí)科學(xué)；有效地激發(fā)學(xué)生的思維參與是科學(xué)課堂教學(xué)的重要目標(biāo)，是培養(yǎng)其核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。只有抓住這些重點，指向核心素養(yǎng)的教學(xué)才能真正地發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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