梁 瑤　桑芝芳

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院　江蘇 蘇州　215006)

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基于問題連續(xù)體理論優(yōu)化中學(xué)物理規(guī)律教學(xué)*①

梁 瑤桑芝芳

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院江蘇 蘇州215006)

在分析了多元智能與問題連續(xù)體理論的基礎(chǔ)上，以“凸透鏡成像規(guī)律”為例，探討了基于“問題連續(xù)體”理論優(yōu)化物理規(guī)律教學(xué)問題.

問題連續(xù)體物理規(guī)律教學(xué)凸透鏡成像

1　多元智能與問題連續(xù)體

美國著名心理學(xué)家加德納提出多元智能理論，該理論指出，人的智能是多元的，包括語言智能、數(shù)學(xué)邏輯智能、視覺空間智能、身體運(yùn)動智能、音樂智能、人際交往智能、自我認(rèn)識智能和自然觀察智能，這幾種智能的組合使每個(gè)人的智能有獨(dú)特的表現(xiàn)方式和特點(diǎn).

基于多元智能理論，美國亞利桑那大學(xué)的梅克教授創(chuàng)立了以開發(fā)學(xué)生智能為目標(biāo)的“問題連續(xù)體”，即在課堂教學(xué)中，以“解決問題”為基本策略，將傳授知識與培養(yǎng)能力融合在統(tǒng)一的過程中，循序漸進(jìn)地由接受、掌握知識到靈活應(yīng)用知識解決實(shí)際問題，并發(fā)展為創(chuàng)造性活動.這個(gè)體系以“問題”為中心，以“方法”為中介，以“答案”為結(jié)果，根據(jù)學(xué)生的智力發(fā)展水平構(gòu)建了5個(gè)層次的教學(xué)結(jié)構(gòu)，揭示了有助于開發(fā)學(xué)生潛能的5種類型的“問題解決”情景.第1類問題：屬感知層次，達(dá)到對事實(shí)的了解水平；第2類問題：屬理解層次，達(dá)到對事實(shí)的理解水平；第3類問題：屬綜合層次，達(dá)到對概念、原理的掌握水平；第4類問題：屬運(yùn)用層次，達(dá)到對概念、原理的運(yùn)用水平；第5類問題：屬探究層次，達(dá)到自主探究及創(chuàng)新水平.這5種問題類型不是相互孤立的，而是一條線上的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們相互有別，但密切聯(lián)系.5種問題類型連續(xù)體從結(jié)構(gòu)完善、問題封閉、因素單一、答案求同，到結(jié)構(gòu)不良、問題開放、因素綜合、答案求異，體現(xiàn)出極大的有序性與包容性，為進(jìn)行問題解決教學(xué)的設(shè)計(jì)提供了理想的框架依據(jù).問題連續(xù)體不是難度的連續(xù)體，而是問題開放程度的連續(xù)體，由于它的連續(xù)性，可使各類問題相互關(guān)聯(lián)而形成整體.

在“問題連續(xù)體”中，問題是核心，有了問題，思維就有了方向,有了動力，進(jìn)而才可以去創(chuàng)新.由于問題連續(xù)體的設(shè)計(jì)與學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)相吻合，問題一環(huán)扣一環(huán)，步步深入，在問題的刺激與策動下，學(xué)生表現(xiàn)出能動的創(chuàng)造力.學(xué)生不僅能很好地掌握知識，思維能力也得到了發(fā)展，科學(xué)探究的能力也得到了提升，因此應(yīng)用問題連續(xù)體理論有助于優(yōu)化中學(xué)物理規(guī)律教學(xué)，從而提升物理規(guī)律教學(xué)的有效性.

2　基于“問題連續(xù)體”理論的教學(xué)案例分析

基于問題連續(xù)體理論，探討“凸透鏡成像規(guī)律”教學(xué).

2.1創(chuàng)設(shè)情境 提出問題

師：同學(xué)們，上節(jié)課我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了透鏡的基本知識.哪位同學(xué)能幫老師總結(jié)一下呢？

生：透鏡的分類包括凸透鏡和凹透鏡.凸透鏡對光線有匯聚作用，凹透鏡對光線有發(fā)散作用.此外又學(xué)習(xí)了焦點(diǎn)和焦距的概念.

師：好，非常好！請同學(xué)們看這樣一段視頻——宇航員王亞平在太空中授課，太空中水球透鏡所成的像為什么是倒立縮小的實(shí)像？

接著再用多媒體展示投影儀和放大鏡所成的像.

師：投影儀所成的像為什么是倒立放大的實(shí)像？放大鏡所成的像為什么是正立放大的虛像呢？

點(diǎn)評：通過創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，引入課題.提出的問題屬于第1類感知層次問題，達(dá)到對透鏡成像現(xiàn)象或事實(shí)的了解水平.

學(xué)生認(rèn)真思考.

師：不知道同學(xué)們有沒有發(fā)現(xiàn)，這3個(gè)成像過程使用的是什么透鏡？

生：都是凸透鏡.

師：那也就是說凸透鏡所成的像有大小、正倒和虛實(shí)的不同.同樣是凸透鏡，成像為什么不同呢？它的成像是否有一定的規(guī)律呢？例如虛像會不會是縮小的，實(shí)像會不會是正立的？如何才能獲得不同性質(zhì)的像呢？

點(diǎn)評：這類問題引起學(xué)生進(jìn)一步思考，屬第2類理解層次問題，達(dá)到促使學(xué)生對成像事實(shí)的理解水平.

2.2實(shí)驗(yàn)探究 發(fā)現(xiàn)規(guī)律

師：同學(xué)們，該實(shí)驗(yàn)所需要的器材有光具座、蠟燭、凸透鏡、光屏等.在光具座上從左到右依次放置蠟燭、凸透鏡、光屏，并將他們的中心大致放在同一高度上，其目的是使像能成在光屏的中央.此外，同學(xué)們先自主學(xué)習(xí)了解以下概念，即物距，物體到光心的距離，用u表示；像距，像到光心的距離，用v表示；焦距，焦點(diǎn)到光心的距離，用f表示.

師：同學(xué)們思考一下，凸透鏡成像與哪些因素有關(guān)呢？

生：與物距、像距、焦距等有關(guān).

教師演示實(shí)驗(yàn).

第1組實(shí)驗(yàn)：物體不動，凸透鏡的位置不變，更換透鏡，調(diào)節(jié)光屏后，得到清晰的不同特點(diǎn)的像.

師：是因?yàn)楦鼡Q了凸透鏡，造成了凸透鏡能成不同的像. 通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)可知，影響透鏡成不同特點(diǎn)像的原因是什么？

學(xué)生思考后回答：是透鏡的焦距影響了凸透鏡的成像.

第2組實(shí)驗(yàn)：換一個(gè)較大焦距的透鏡，發(fā)現(xiàn)無論如何調(diào)節(jié)光屏也得不到像.

師：是怎么回事？怎么辦？

然后移動物體，調(diào)節(jié)光屏后，在不同物距下得到清晰的不同特點(diǎn)的像.進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考:是因?yàn)楦淖兞宋锞啵斐闪送雇哥R能成不同的像.

師：通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，能否知道影響透鏡成不同特點(diǎn)像的原因還有什么？

生：還有物距.

教師接著問學(xué)生：凸透鏡成不同特點(diǎn)的像， 不只是取決于焦距的大小，也不只是取決于物距的大小，那么取決于什么條件呢？

學(xué)生思考后回答：取決于物距和焦距的關(guān)系.

實(shí)驗(yàn)總結(jié)凸透鏡成像的規(guī)律，也就是要總結(jié)物距和焦距滿足怎樣關(guān)系時(shí)會呈現(xiàn)何種不同性質(zhì)的像.

接下來教師將學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

師：同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求組裝儀器并進(jìn)行實(shí)驗(yàn).把蠟燭放在離凸透鏡不同的距離上，移動光屏，觀察像的大小、倒正、虛實(shí).每組學(xué)生做3次，并將記錄填在記錄單上，得出3組數(shù)據(jù)，最后小組進(jìn)行匯總.

教師課件展示注意事項(xiàng) .

師：同學(xué)們可先把點(diǎn)燃的蠟燭放在離凸透鏡較遠(yuǎn)的地方，然后逐漸移近進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此外可把凸透鏡的焦距作為參考距離.

學(xué)生寫出了實(shí)驗(yàn)步驟，并根據(jù)老師的提示，設(shè)計(jì)記錄表格.

(1)利用手電筒的光測出凸透鏡的焦距；

(2)將蠟燭放在2倍焦距之外，移動光屏，找出清晰的像，觀察像的情況，記下物距與像距；

(3)改變蠟燭的位置，分別位于f與2f之間和小于f的位置上，重復(fù)第2步操作.

教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，總結(jié)規(guī)律如表1所示.

表1　凸透鏡成像規(guī)律

點(diǎn)評：教師提出系列綜合層次問題，啟發(fā)學(xué)生思考，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，使學(xué)生達(dá)到對凸透鏡成像規(guī)律的理解和掌握水平.

2.3聯(lián)系實(shí)際 學(xué)以致用

師：同學(xué)們，現(xiàn)有一個(gè)凸透鏡，我們?nèi)绾卧谔柟庀聹y量該透鏡的焦距？物理依據(jù)是什么？

生：陽光或很遠(yuǎn)的燈光可近似看成平行光，當(dāng)物距大于10倍焦距時(shí)，像距約等于焦距.

師：若測出該透鏡的焦距是10 cm，那么當(dāng)物體位于透鏡前25 cm處，在透鏡另一側(cè)得到的像是什么特點(diǎn)？

生：倒立、縮小的實(shí)像.

師：現(xiàn)有一臺可調(diào)焦照相機(jī)，想用它拍攝較大的景物范圍，應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)使用？

學(xué)生動手嘗試操作.

生：可以增大物距，也就是拍攝者距離拍攝對象遠(yuǎn)一些；也可以將焦距調(diào)小一些.

點(diǎn)評：教師提出運(yùn)用層次問題，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識和規(guī)律解決實(shí)際問題，達(dá)到對凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用水平.

2.4延伸拓展 鞏固提高

探究圓柱形玻璃瓶的成像規(guī)律.找一個(gè)圓柱形的玻璃瓶，里面裝滿水；把一支鉛筆水平地放在水瓶的一側(cè),透過水瓶,可以看到那支筆；把筆由靠近水瓶的位置向遠(yuǎn)處慢慢地移動，透過水瓶你可以看到一個(gè)有趣的現(xiàn)象.描述看到的現(xiàn)象，并與凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)比較，有什么共同之處和不同之處？

學(xué)生動手做實(shí)驗(yàn)，自主探究.

生：通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉛筆由靠近水瓶的位置向遠(yuǎn)處慢慢移動時(shí)，透過水瓶會看到鉛筆尖逐漸變長，到某一位置時(shí)，鉛筆尖突然改變方向.若用凸透鏡做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，當(dāng)鉛筆由靠近凸透鏡的位置向遠(yuǎn)處慢慢移動時(shí)，透過凸透鏡會看到鉛筆逐漸變大，到某一位置時(shí)，鉛筆尖也會突然改變方向，觀察到該現(xiàn)象所用的凸透鏡焦距要比較短.玻璃瓶相當(dāng)于一個(gè)柱面透鏡.

點(diǎn)評：學(xué)生將圓柱形玻璃水瓶和透鏡類比，應(yīng)用透鏡成像規(guī)律，成功解釋玻璃瓶成像規(guī)律，達(dá)到自主探究及創(chuàng)新水平.

3　結(jié)論與思考

運(yùn)用“問題連續(xù)體”開展教學(xué)設(shè)計(jì)，最大的特點(diǎn)就是教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計(jì)一些具有啟發(fā)性、明確性、適度性的系列問題，體現(xiàn)感知、理解、掌握、應(yīng)用探究等不同層次，引導(dǎo)學(xué)生不斷去解決問題，在解決系列問題的過程中使思維得到發(fā)展.運(yùn)用“問題連續(xù)體”教學(xué)時(shí)，教師要尊重學(xué)生原有的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，例如學(xué)生開始并不知道凸透鏡成像規(guī)律要通過物距與焦距的關(guān)系來探究，教師要細(xì)致恰當(dāng)?shù)靥釂栆龑?dǎo)，使學(xué)生能夠自然接受.同時(shí)在規(guī)律探究過程中，要讓學(xué)生有更多的機(jī)會主動體驗(yàn)探究過程，從而有效提高學(xué)生科學(xué)探究的能力.

1郝志方,蔡蕾. 運(yùn)用“問題連續(xù)體”優(yōu)化高中物理習(xí)題教學(xué)的研究. 物理通報(bào), 2014(01):44～46

2倪紅飛．運(yùn)用“問題連續(xù)體”優(yōu)化競賽輔導(dǎo)中物理問題的設(shè)計(jì)．物理教師，2013(4)：31～32

3孔祥龍. 凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)探究及拓展延伸.物理教師，2011(03):33～37

4吳德成. 對《探究凸透鏡成像規(guī)律》一節(jié)課的思考. 中學(xué)物理教學(xué)參考, 2012(Z1):22～24

5陸瑾. 如何突破凸透鏡成像規(guī)律的教學(xué)難點(diǎn).中學(xué)物理，2015(14)：38～39

Optimize Middle-school Physics Law Teaching Based on the Problem Continuum Theory

Liang YaoSang Zhifang

(Department of Physics, Soochow University, Suzhou, Jiangsu, 215006)

In this paper, the theory of multi-dimensional intelligence and problems continuum have been analyzed. The optimization of the physical law teaching has been explored based on problem continuum according to the law of convex lens imaging.

problem continuum; physical laws teaching; convex lens imaging

2016-01-06)

①*江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度課題,項(xiàng)目編號：D/2013/01/105；中國教育學(xué)會物理教學(xué)專業(yè)委員會2013-2016年全國物理教育科研重點(diǎn)課題“基于中學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理教師教學(xué)研究能力培養(yǎng)研究”的階段性研究成果之一.