抓“兩線”,激思維,顯“味道”
——基于“光的反射”的教學(xué)設(shè)計(jì)及反思

盧義剛

(江蘇省六合高級(jí)中學(xué)附屬初級(jí)中學(xué),江蘇 南京 211500)

“光的反射”是初中物理光學(xué)部分的重要內(nèi)容,蘇科版物理將這部分知識(shí)安排在8年級(jí),是在學(xué)習(xí)了光的一些簡(jiǎn)單知識(shí)之后,引導(dǎo)學(xué)生思考光在傳播過(guò)程中遇到障礙之后會(huì)發(fā)生怎樣的變化,且在變化過(guò)程中應(yīng)遵循什么樣的規(guī)律.學(xué)習(xí)這部分知識(shí)既能促進(jìn)對(duì)平面鏡成像的理解,又實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)光的折射現(xiàn)象的過(guò)渡,是集物理現(xiàn)象、概念、規(guī)律于一體的一節(jié)課.探究光的反射定律實(shí)驗(yàn)又是學(xué)生必做的9個(gè)探究型核心實(shí)驗(yàn)之一,也是首個(gè)規(guī)律探究,既是本節(jié)課的重點(diǎn),也是難點(diǎn),特別是“法線”的建立,當(dāng)然也包括學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作能力.為了讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家探究的一般過(guò)程,使探究活動(dòng)更加有效,在教學(xué)設(shè)計(jì)中筆者從實(shí)驗(yàn)器材、環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、問(wèn)題提出等方面進(jìn)行了創(chuàng)新,試圖通過(guò)自制的實(shí)驗(yàn)器材讓學(xué)生親身體驗(yàn)反射規(guī)律的探究過(guò)程,化抽象為直觀,為學(xué)生提供豐富的感性素材,促進(jìn)學(xué)生對(duì)光反射的理性認(rèn)識(shí),詮釋“格物致理”的物理內(nèi)涵.

嘗試教育理論主張“先試后導(dǎo)、先行后知”,即在教學(xué)過(guò)程中不要把知識(shí)直接告訴學(xué)生,而是讓學(xué)生先試一試,自己努力去獲取知識(shí).在實(shí)踐中積累活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),尋求解決問(wèn)題的辦法,在體驗(yàn)中發(fā)展勇于嘗試的精神.本節(jié)課筆者設(shè)計(jì)了光的反射、探究光的反射定律、學(xué)以致用3個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié),以問(wèn)題為抓手,用問(wèn)題鏈作為思維鋪設(shè)的階梯,力求最大限度地培養(yǎng)學(xué)生自主探究和思維能力,打造“問(wèn)題+探究”思維式課堂.除了專業(yè)術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)規(guī)范、表述標(biāo)準(zhǔn)等教師必須教授的內(nèi)容外,其它盡量以學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)、探究學(xué)習(xí)為基礎(chǔ),以小組合作學(xué)習(xí)、討論交流為形式,讓學(xué)生自主思考問(wèn)題、探究問(wèn)題、解決問(wèn)題.以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn),把學(xué)生從教育的客體真正轉(zhuǎn)化成為學(xué)習(xí)的主體,從而提高課堂教學(xué)效率,促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展.當(dāng)然,教師的主導(dǎo)地位不可或缺,教師要合理預(yù)設(shè)學(xué)生的思考方向、思維盲區(qū),成為學(xué)生探究科學(xué)知識(shí)的領(lǐng)路人.

1 知識(shí)呈現(xiàn)的邏輯線

1.1 創(chuàng)設(shè)情境,認(rèn)知反射現(xiàn)象

圖1 被遮擋的光路

課本中的“引入”有一定的指導(dǎo)意義,但對(duì)于已經(jīng)在課前預(yù)習(xí)了相關(guān)內(nèi)容后的學(xué)生來(lái)說(shuō)已經(jīng)有了新的渴望.為了更好調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,筆者對(duì)“引入”進(jìn)行了修改,設(shè)計(jì)了“比一比:激光筆被遮擋后,借助一種器材使光控車輪再次轉(zhuǎn)起來(lái)”作為情境引入(如圖1),充分利用初中生的心理特點(diǎn),用富有挑戰(zhàn)性的游戲激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,引發(fā)探究的欲望.在讓學(xué)生畫(huà)模擬光路和介紹實(shí)驗(yàn)成功經(jīng)驗(yàn)時(shí),學(xué)生在不知不覺(jué)中理解了光的反射現(xiàn)象,構(gòu)建了光的反射概念,并意識(shí)到反射光線的方向和入射光線方向、平面鏡的位置有關(guān),似乎遵循一定的規(guī)律.

1.2 構(gòu)建模型,揭開(kāi)法線面紗

新課標(biāo)指出,義務(wù)教育物理課程應(yīng)該讓學(xué)生通過(guò)觀察、操作、體驗(yàn)等方式,經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程,認(rèn)識(shí)物理概念和規(guī)律,學(xué)習(xí)科學(xué)的方法.這充分說(shuō)明科學(xué)探究在形成物理概念、規(guī)律及學(xué)習(xí)科學(xué)方法中的重要性.

圖2 光的反射

在備課的過(guò)程中,對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的取舍,筆者思考了很久,通常我們會(huì)用平行光激光筆讓光線貼在光屏上進(jìn)行探究.這種平行光激光筆其實(shí)是一個(gè)面光源,這會(huì)導(dǎo)致探究共面問(wèn)題的時(shí)候,如果將板子翻折到前面,還是會(huì)看見(jiàn)反射光線;那如果改用線光源的激光筆,學(xué)生在操作的時(shí)候比較難以讓光線緊貼在光屏上.為此,筆者設(shè)計(jì)了利用線光源射入到裝有水的燒杯底部的平面鏡上的學(xué)生分組探究活動(dòng),利用牛奶顯示光路(如圖2),學(xué)生操作起來(lái)方便,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯直觀,并通過(guò)將3組不同的入射光、反射光用紅黃藍(lán)3色竹簽插在泡沫上,將不同情況的反射模型同時(shí)直觀的呈現(xiàn)出來(lái),既具體又形成整體現(xiàn)象(如圖3).

圖3 光的反射模型

圖4

在“法線”引入的問(wèn)題處理上,筆者沒(méi)有直接給出概念,而是利用學(xué)生活動(dòng)形成的反射模型(3組不共面),通過(guò)用面板去靠對(duì)應(yīng)的每組竹簽.[1]讓學(xué)生去觀察,去發(fā)現(xiàn),去描述,通過(guò)歸納得出“反射光線、入射光線在同一平面內(nèi),且該平面與平面鏡垂直”;在追求物理的簡(jiǎn)約美中,利用臻美法感受到為了方便研究反射現(xiàn)象,我們需要引入一條輔助線去替代平面鏡簡(jiǎn)單描述3者之間的位置關(guān)系.我們?cè)俅卫媚Ｐ蛯ふ夜残?最終找到這些不同面的共同“軸線”(如圖4),[2]即建立一個(gè)過(guò)入射點(diǎn)與鏡面垂直的輔助線模型,從而引入法線.當(dāng)我們?cè)趦山M反射模型上分別插入代表法線的竹簽后(三組不共面和共面),不僅很容易猜想到3線共面的關(guān)系,還感受到“反射光線、入射光線關(guān)于法線的對(duì)稱美”(如圖5),從而進(jìn)一步聯(lián)想到光的反射定律不僅包含“線的位置關(guān)系”,還應(yīng)有“角的大小關(guān)系”,為后面的進(jìn)一步探究鋪設(shè)了思維階梯.

圖5

這樣設(shè)計(jì)的目的是因?yàn)楣P者認(rèn)為科學(xué)探究不是一擊即中的,不能從已知規(guī)律表述出發(fā)進(jìn)行探究,而應(yīng)從規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程來(lái)設(shè)計(jì)活動(dòng)方案.任何規(guī)律的認(rèn)識(shí)都有一個(gè)摸索的過(guò)程,只有在教學(xué)過(guò)程中讓學(xué)生經(jīng)歷這種“摸索”過(guò)程,才能讓學(xué)生有能力去解決新的問(wèn)題.同時(shí)學(xué)習(xí)者的“摸索”能力和其綜合水平有關(guān),不能脫離學(xué)情來(lái)進(jìn)行拔苗助長(zhǎng),應(yīng)該選用與學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”相適應(yīng)的方案.

1.3 再現(xiàn)模型,共面問(wèn)題清晰

教學(xué)中,通過(guò)教具、課件等演示搭建直觀模型,把抽象的知識(shí)具體化、形象化,既能降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度,使學(xué)生透徹理解所學(xué)知識(shí),又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,掌握研究問(wèn)題的方法.

由于初中生缺乏立體幾何的知識(shí),所以他們對(duì)三線的空間關(guān)系很難想象,難以準(zhǔn)確描述.所以筆者用竹簽和泡沫再次給學(xué)生搭建立體的反射模型,擺放出法線和入射光線的位置,讓學(xué)生擺放反射光線的位置,再追問(wèn)“你怎么確定出反射光線的位置在這里?”“有沒(méi)有可能反射光線在這里呢?”“兩種模型有什么區(qū)別?哪種更接近真實(shí)的情況?”“如果想驗(yàn)證,你需要什么器材?對(duì)這個(gè)器材有什么要求?”等等一連串的問(wèn)題(如圖6).實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程都是圍繞著所探究的問(wèn)題展開(kāi)的,有了正確、具體的探究問(wèn)題,才能使學(xué)生探究過(guò)程具有明確的方向,使探究能沿著合理的方向一步一步地走下去.在學(xué)生利用分組器材探究中,筆者仔細(xì)巡查,將一些實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)例拍成圖片及時(shí)上傳,讓學(xué)生們進(jìn)行適時(shí)評(píng)價(jià)和矯正,以保證每一組實(shí)驗(yàn)都能成功,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,請(qǐng)一組上臺(tái)展示講解,再一次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)鞏固,最終共同總結(jié)出3線的位置關(guān)系.[3]

圖6 尋找反射光線

1.4 借助對(duì)稱,擬清兩角相等

在探究角度關(guān)系時(shí),通常在教學(xué)中我們會(huì)直接告知學(xué)生這個(gè)實(shí)驗(yàn)是要測(cè)哪兩角,實(shí)驗(yàn)要做3次,可為什么要測(cè)指定的兩角?為什么要做多次實(shí)驗(yàn)?zāi)?可能學(xué)生并不能完全領(lǐng)悟其中的道理.在上課過(guò)程中,有的學(xué)生說(shuō)是可以測(cè)和平面鏡的夾角,實(shí)驗(yàn)多次是為了測(cè)量的更準(zhǔn)確,說(shuō)明他們對(duì)選擇兩角及探究型實(shí)驗(yàn)多次測(cè)量的目的并不明確,所以在這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中筆者通過(guò)模型,讓大家感受“對(duì)稱美”,意識(shí)到對(duì)稱不僅是“線的位置”,也包含“角的相等”,從而拋出“哪兩角相等”?是和平面鏡的夾角,還是和法線的夾角?再結(jié)合降低難度和后續(xù)學(xué)習(xí),從而強(qiáng)調(diào)是和法線的夾角;然后通過(guò)讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)表格,思考實(shí)驗(yàn)的次數(shù),明白多次實(shí)驗(yàn)的意義,從而培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí).在規(guī)律自然得出后,筆者通過(guò)光的反射演示儀再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,同時(shí)拋出新問(wèn):光的反射定律得出的證據(jù)充分嗎?再次激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考,不迷信權(quán)威,敢于質(zhì)疑,培養(yǎng)證據(jù)意識(shí)的嚴(yán)密性.

1.5 巧回情境,應(yīng)用鞏固定律

光的反射定律得出后,利用3道作圖題的當(dāng)堂訓(xùn)練,通過(guò)學(xué)生的講解,總結(jié)出光的反射作圖必須先做出法線,不僅再次強(qiáng)調(diào)了法線的作用:它是代替平面鏡“法律”所規(guī)定的線,有了它方可研究線的位置關(guān)系和角的大小關(guān)系,同時(shí)也對(duì)光的反射定律進(jìn)行了再鞏固.接著,通過(guò)對(duì)黑板上原先獲勝學(xué)生所畫(huà)的光的反射光路圖進(jìn)行檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)他無(wú)法證明“兩角相等”,從而拋出經(jīng)典的作圖題:畫(huà)出點(diǎn)光源S發(fā)出的一條入射光線經(jīng)平面鏡反射后,正好經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的光路圖,從而將光的反射定律應(yīng)用推到新的高度.最后,通過(guò)“再比一比:哪組能更快地讓光控輪胎轉(zhuǎn)起來(lái)”的活動(dòng),讓學(xué)生思考得出兩種方法:“入射光線方向不變,改變平面鏡位置,從而改變反射光線方向”和“平面鏡位置不變,改變?nèi)肷涔夥较?從而改變反射光線方向”,進(jìn)一步要求大家比較這兩種方法的異同,從而總結(jié)提煉出兩種方法的一致性:都是通過(guò)改變?nèi)肷浣堑拇笮?從而改變反射角,改變反射光線的方向;在此基礎(chǔ)上,提出新思考:有沒(méi)有更好更快的方法通過(guò)反射使“光控車輪”轉(zhuǎn)起來(lái)?激發(fā)學(xué)生新思考,既是勾起對(duì)平面鏡成像背后的規(guī)律思考,也是巧妙引入光反射中的“光路可逆”特點(diǎn).

1.6 再創(chuàng)情境,追問(wèn)設(shè)疑留白

圖7 光路可逆

在本節(jié)課臨結(jié)束時(shí),筆者首先呈現(xiàn)了“兩個(gè)相對(duì)的反射光路疊加現(xiàn)象”(如圖7),在學(xué)生沉默中讓他們思考“光的反射還有什么特點(diǎn)?”再利用大平面鏡遮擋投影布幕一部分,發(fā)現(xiàn)其它地方的字跡、圖像依舊,而平面鏡上什么都沒(méi)有,讓學(xué)生再思考:看到什么?為什么? 通過(guò)再創(chuàng)情境,激發(fā)學(xué)生好奇心和學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)一步主動(dòng)深入思考,為下節(jié)課做好思維鋪設(shè),從而實(shí)現(xiàn)“舊問(wèn)已解,新問(wèn)又至”的螺旋式上升的學(xué)習(xí)模式.

2 學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律線

2.1 引起

通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境和問(wèn)題串,激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲,任務(wù)驅(qū)動(dòng)他們主動(dòng)思考、主動(dòng)參與、主動(dòng)探究.[4]本節(jié)課一開(kāi)始就設(shè)置情境“比一比:激光筆被遮擋后,借助一種器材使光控車輪再次轉(zhuǎn)起來(lái)”,引起學(xué)生思考、參與、比賽、評(píng)價(jià);然后通過(guò)模擬畫(huà)光路圖,分享成功經(jīng)驗(yàn),逐步梳理出“反射光線、入射光線和平面鏡之間存在某種位置關(guān)系”,從而引出本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容:探究光的反射定律.通過(guò)問(wèn)題“什么情況下反射光線和入射光線重合呢?當(dāng)入射光線偏離重合位置一定角度后,反射光線方向怎么變呢?你能描述出反射光線、入射光和平面鏡的位置可能有什么關(guān)系嗎?” 引起學(xué)生對(duì)活動(dòng)探究的興趣,并主動(dòng)思考、建模來(lái)慢慢揭開(kāi)“法線”的面紗,并在此基礎(chǔ)上從“線的位置關(guān)系”到“角的大小關(guān)系”進(jìn)行逐步探究,采用歸納法總結(jié)出光的反射定律,一路走來(lái),循序漸進(jìn),自然生成.

2.2 維持

在一節(jié)課內(nèi),為了使學(xué)生始終保持高昂的學(xué)習(xí)熱情和積極主動(dòng)參與的態(tài)勢(shì),筆者除了采取一個(gè)情境創(chuàng)設(shè)和4個(gè)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)外,還在課堂上開(kāi)展了多種形式的學(xué)生活動(dòng),本節(jié)課共安排了4個(gè)探究、兩次比賽和多次學(xué)生個(gè)人展示等活動(dòng);同時(shí),在教學(xué)設(shè)計(jì)中筆者將知識(shí)轉(zhuǎn)化為問(wèn)題,問(wèn)題轉(zhuǎn)化為情境活動(dòng),讓學(xué)生們?cè)谇榫郴顒?dòng)中嘗試解決問(wèn)題,并在解決問(wèn)題中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的獲取.由于有了問(wèn)題的任務(wù)驅(qū)動(dòng)和不同的活動(dòng)開(kāi)展,整節(jié)課中學(xué)生都處于“做中學(xué)”“悟中學(xué)”的忙碌狀態(tài),大家在好奇心、求知欲及興趣的引領(lǐng)下,主動(dòng)參與,積極思維,小組合作,個(gè)人展示,相互評(píng)價(jià),質(zhì)疑舉證,始終處于高效的學(xué)習(xí)狀態(tài),讓學(xué)習(xí)在課堂上真正發(fā)生,體現(xiàn)了課堂真正的主人是學(xué)生.

2.3 促進(jìn)

一節(jié)課越到最后越會(huì)低效,教師力竭,學(xué)生疲憊,可往往一節(jié)課越到最后越是精華所在之處.本節(jié)課筆者在最后設(shè)計(jì)中為了進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)入“深水區(qū)”,采取了一系列的漸進(jìn)措施:首先設(shè)置“學(xué)生練習(xí)”來(lái)進(jìn)一步鞏固內(nèi)化光的反射定律;其次應(yīng)用光的反射定律來(lái)對(duì)學(xué)生的原先所畫(huà)光路圖進(jìn)行檢驗(yàn),并拋出新的思考;再者通過(guò)“再比一比”,重回課首情境,總結(jié)提煉創(chuàng)新方法;最后通過(guò)兩個(gè)現(xiàn)象,拋出新問(wèn),激發(fā)新疑,留足思考,為后續(xù)學(xué)習(xí)巧做鋪墊.所有的這些,最終實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在最后階段始終保持高昂的學(xué)習(xí)狀態(tài),使整節(jié)課自始至終嚴(yán)然一體,自然高效.

在本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)上筆者始終抓住“兩條線”:知識(shí)呈現(xiàn)的邏輯線和學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律線,不折騰,按規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)與教學(xué),捕捉學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)[5].在新、舊知識(shí)的銜接處,在承上啟下的過(guò)渡處,在思維的轉(zhuǎn)折處等創(chuàng)設(shè)思維懸念,拋出適宜于學(xué)生的開(kāi)放性問(wèn)題,把學(xué)生引入多疑、好奇的世界.當(dāng)學(xué)生突破了最近發(fā)展區(qū)時(shí),又及時(shí)撤掉原有的腳手架,[6]讓學(xué)生通過(guò)自己的努力以及與他人的合作,不斷突破認(rèn)知瓶頸,達(dá)到更高水平上的認(rèn)知平衡.同時(shí),筆者始終堅(jiān)守物理學(xué)科的特點(diǎn)“實(shí)驗(yàn)+思維”,通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)解決一個(gè)個(gè)問(wèn)題,通過(guò)思維逐步提煉出物理規(guī)律,課堂上充分體現(xiàn)了物理學(xué)科應(yīng)有的“味道”.

反思本次教學(xué)實(shí)施,有兩個(gè)需要我們關(guān)注和解決的問(wèn)題:一是學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的討論必須要充分,教師不能“想當(dāng)然”.如在探究“三線共面”的實(shí)驗(yàn)中,盡管前期鋪墊已很到位,可實(shí)際操作時(shí),仍發(fā)現(xiàn)有部分學(xué)生不知采取什么步驟來(lái)驗(yàn)證,也不清楚用何種現(xiàn)象來(lái)舉證“三線共面”;又如在探究“兩角相等”的實(shí)驗(yàn)中,也有個(gè)別小組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有將平面鏡與紙面垂直放置,導(dǎo)致紙上只有入射光線,沒(méi)有反射光線,無(wú)法測(cè)量反射角,自己不知所措.這些都說(shuō)明實(shí)驗(yàn)前的討論并不如教師所想,我們不能“想當(dāng)然”.二是學(xué)生實(shí)驗(yàn)后的自我展示講解必須要及時(shí),教師要關(guān)注“個(gè)體”.在探究“三線共面”實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),筆者及時(shí)請(qǐng)一小組代表上講臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示和講解,及時(shí)幫助解惑;在探究“兩角相等”活動(dòng)結(jié)束時(shí),及時(shí)讓問(wèn)題小組向全班闡述自己的實(shí)驗(yàn)困惑,大家在討論中幫助他們釋疑等等.這樣我們不僅關(guān)注到全體學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況,更能關(guān)注到個(gè)體的發(fā)展,符合不同學(xué)生間的差異性現(xiàn)狀,符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.

總之,任何一篇優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)都必須抓住“兩條線”:知識(shí)呈現(xiàn)的邏輯線和學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律線,同時(shí)還要彰顯學(xué)科的特有品質(zhì),體現(xiàn)學(xué)科應(yīng)有的“味道”,方可以實(shí)現(xiàn)課堂既豐富多彩,又具有科學(xué)性、藝術(shù)性和高效性,使之成為提升學(xué)生科學(xué)思維能力的“肥沃土壤”.