張 華 阮享彬

(1. 重慶市江津區(qū)教育科學(xué)研究所,重慶 402260; 2. 重慶市教科院,重慶 400010)

科技創(chuàng)新是國家發(fā)展、民族復(fù)興的核心動(dòng)力,而物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力方面具有獨(dú)特的育人功能．生活化實(shí)驗(yàn)作為中學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分,教學(xué)中卻存在教學(xué)功能定位不準(zhǔn)等問題．西部某省市的調(diào)查顯示,87.3%的教師更關(guān)注實(shí)驗(yàn)的完成度和知識(shí)的掌握程度,對(duì)學(xué)生思維層級(jí)發(fā)展關(guān)注不夠;6.2%的教師在教學(xué)中會(huì)引入生活化物理實(shí)驗(yàn),但主要作用僅僅是引發(fā)學(xué)生的興趣,對(duì)學(xué)生的認(rèn)知缺乏連續(xù)的教學(xué)支撐點(diǎn)．新頒布的《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出:“要利用日常用品改進(jìn)實(shí)驗(yàn)或開發(fā)新實(shí)驗(yàn),使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、直觀,開發(fā)出低成本高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)”．由此可見,生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課標(biāo)要求高度契合．

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階與生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階

學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí),依次進(jìn)階、逐級(jí)深化的思維方式的描述．學(xué)習(xí)進(jìn)階致力于描述學(xué)生的思維發(fā)展過程,建立科學(xué)的認(rèn)知發(fā)展模型,這就為教學(xué)序列的安排提供了學(xué)生學(xué)習(xí)概念的初始狀態(tài)和發(fā)展過程需要經(jīng)歷的不同層級(jí),讓教學(xué)更科學(xué)、有序、高效．

1.2 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論

生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指基于學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階,從教學(xué)目的和學(xué)生思維層級(jí)出發(fā),結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件,選擇運(yùn)用生活化物理實(shí)驗(yàn)開展教學(xué)．

生活化物理實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是為學(xué)生思維發(fā)展的一系列層級(jí)(階)提供貼近學(xué)生生活的生動(dòng)的、易于接受的支撐點(diǎn)，包含以下3個(gè)特征:第一,生活化物理實(shí)驗(yàn)的資源開發(fā)和教學(xué)實(shí)施要在明晰學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階的基礎(chǔ)上開展．第二,生活化物理實(shí)驗(yàn)的資源開發(fā)和教學(xué)設(shè)計(jì)有明確的功能指向,不僅僅籠統(tǒng)局限于補(bǔ)充教學(xué)手段和引發(fā)學(xué)生興趣．第三,同一生活化物理實(shí)驗(yàn)資源的功能具有多樣性,能夠在不同的概念教學(xué)過程中充當(dāng)支撐點(diǎn)的作用．總之,生活化物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該呈現(xiàn)層級(jí)性，并與學(xué)生思維發(fā)展層級(jí)相匹配．

2 生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念下的“三環(huán)六段”教學(xué)策略

按照學(xué)習(xí)進(jìn)階理論對(duì)生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行匹配分類,形成生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略(圖1),其教學(xué)過程大致包含三環(huán)節(jié)六階段:即認(rèn)知起點(diǎn)——走進(jìn)生活、情境激趣,引入教學(xué)內(nèi)容(觀察生活感知材料、初步分析形成認(rèn)識(shí));認(rèn)知發(fā)展——生活實(shí)驗(yàn)、科學(xué)探究,建構(gòu)物理概念和規(guī)律(問題、證據(jù)、解釋、交流，抽象概括、形成結(jié)論);認(rèn)知完善——回歸生活、深化拓展環(huán)節(jié),運(yùn)用物理概念和規(guī)律(回歸生活、理解應(yīng)用，課外拓展、完善認(rèn)知)．生活化物理實(shí)驗(yàn)靈活多變,可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用在物理教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié),可以就其中一個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用,也可多個(gè)環(huán)節(jié)并用．

圖1 生活化物理實(shí)驗(yàn)“三環(huán)六段”教學(xué)策略框架圖

3 案例分析

物理課堂教學(xué)當(dāng)中,利用生活化實(shí)驗(yàn)來加深學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律的理解是物理教學(xué)的重要手段之一．下面以滬科版初中物理“光的折射”為例,分析“三環(huán)六段”教學(xué)策略的具體運(yùn)用．

3.1 進(jìn)階目標(biāo)

通過實(shí)驗(yàn),掌握光的折射定律并應(yīng)用光的折射規(guī)律解釋與其有關(guān)的一些自然現(xiàn)象．

3.2 進(jìn)階起點(diǎn)的預(yù)設(shè)與診斷

學(xué)生學(xué)習(xí)某一概念或規(guī)律的進(jìn)階起點(diǎn),是建構(gòu)該概念所必須的已有知識(shí)和關(guān)鍵能力,即學(xué)生關(guān)于該概念的前認(rèn)知．教師開展教學(xué)前,應(yīng)在全面了解學(xué)生的相關(guān)知識(shí)層次和能力水平的前提下,確定其學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)．教師根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)內(nèi)容的前后聯(lián)系,確定本節(jié)課前測(cè)題如下:

(1) 生活中許多物體可以發(fā)光,以下屬于光源的是

(A) 水母. (B) 螢火蟲.

(C) 月亮. (D) 發(fā)光的霓虹燈.

(2) 下列光現(xiàn)象中,屬于光的直線傳播的是

(A) 筷子在水中折斷.

(B) 陶罐在鏡中成像.

(C) 樹蔭下形成的圓形光斑.

(D) 重慶解放碑璀璨的光柱.

(3) 光的反射中,光路________(選填“可逆”或“不可逆”)．

圖2 光的反射

(4) 在如圖2中,請(qǐng)根據(jù)光的反射定律畫出物體A在平面鏡MN中的像A′．

前測(cè)題包含以下4個(gè)方面內(nèi)容:光的直線傳播、反射定律、平面鏡成像和光路可逆．通過測(cè)評(píng)發(fā)現(xiàn)，在知識(shí)水平方面,學(xué)生知道了光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播,并可以通過光路等顯示出來;基本掌握了光的反射定律及其物理量，知道平面鏡成的像是虛像及光路可逆;在能力水平方面,學(xué)生形成了光路可逆的意識(shí),理解了借助法線來確定反射定律中的入射光線、反射光線的幾何關(guān)系,具備了利用反射定律作圖的能力．

3.3 進(jìn)階層級(jí)劃分與核心活動(dòng)設(shè)計(jì)——“三環(huán)六段”教學(xué)策略

環(huán)節(jié)1.認(rèn)知起點(diǎn)——走進(jìn)生活,情境激趣.

(1) 觀察生活,感知體驗(yàn).

知識(shí)的引入,是一個(gè)認(rèn)知定向的環(huán)節(jié),基本預(yù)設(shè)是學(xué)生處于學(xué)習(xí)進(jìn)階的經(jīng)驗(yàn)水平．在此環(huán)節(jié),需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)新、舊知識(shí)的聯(lián)系．因此,必須適度引導(dǎo),引發(fā)和前認(rèn)知的沖突,啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、思考問題．

在引入環(huán)節(jié),利用兩次叉魚展開教學(xué)．教師首先講述生活中叉魚的故事;接著利用自制器材,請(qǐng)學(xué)生甲到講臺(tái)展示——先瞄準(zhǔn),再叉魚,結(jié)果瞄得越準(zhǔn)反而越叉不到魚(圖3);然后請(qǐng)學(xué)生乙利用激光筆,沿著甲學(xué)生在空氣中叉魚的路徑(為清晰顯示激光路徑,在空氣中用加濕器產(chǎn)生水霧,液體中加適量牛奶),這一次激光射到了魚．通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),引起認(rèn)知沖突,激發(fā)了學(xué)生興趣,引發(fā)學(xué)生探究的欲望,也有利于學(xué)生認(rèn)知定向的達(dá)成．

圖3 叉魚實(shí)驗(yàn)

(2) 分析現(xiàn)象,形成認(rèn)識(shí).

接下來探究光從空氣到水中發(fā)生的折射現(xiàn)象．請(qǐng)學(xué)生把激光筆光路的徑跡用光線畫出來,借此引出光的折射定義．然后對(duì)光的折射與光的反射進(jìn)行類比,定義光的折射．由此看出,利用生活化物理實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更容易地建構(gòu)起科學(xué)知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)、生活情境的橋梁,讓學(xué)生在真實(shí)情境的基礎(chǔ)上,幫助其建構(gòu)新知識(shí),使其順利達(dá)到學(xué)習(xí)進(jìn)階的映射水平．

環(huán)節(jié)2.認(rèn)知發(fā)展——生活實(shí)驗(yàn),科學(xué)探究,形成物理概念和規(guī)律.

(1) 問題、證據(jù)、解釋、交流.

教師通過引導(dǎo)學(xué)生開展生活化的物理實(shí)驗(yàn),目的是使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程中,充分感受建模的過程,有利于幫助學(xué)生深刻理解物理概念和規(guī)律．在生活化實(shí)驗(yàn)過程中,通過提出問題、搜集證據(jù)、合作交流、解釋證據(jù),逐步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作及動(dòng)手能力,使學(xué)生的觀察能力、思維能力不斷提高,同時(shí)學(xué)生的概念理解從映射水平上升到關(guān)聯(lián)水平．

通過分析學(xué)生畫的光路圖,發(fā)現(xiàn)光線的確發(fā)生了偏折,但偏折的方向跟角度都出現(xiàn)了不一致的現(xiàn)象．這就使學(xué)生產(chǎn)生了新的疑惑,究竟入射角和折射角的關(guān)系如何,這正是光的折射定律的內(nèi)容．

實(shí)驗(yàn)中,利用生活化物理實(shí)驗(yàn)器材開展分組實(shí)驗(yàn)(圖4)．選用圓形塑料飯盒,裝半盒水,蓋上蓋子,做成一個(gè)半圓形“水磚”．用軟筆畫一條豎直的法線后,立起放在鐵架上,再用激光筆照射,就可以探究光的折射規(guī)律了．具體探究過程如下.

圖4 光的折射

提出問題:光的折射遵循怎樣的規(guī)律．

猜想假設(shè):對(duì)比光的反射規(guī)律進(jìn)行猜想.

設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)表格見表1，表2):

表1 探究光的折射定律(實(shí)驗(yàn)1)

表2 探究光的折射定律(實(shí)驗(yàn)2)

這樣,通過隨手可見的生活器材探究光的折射定律,充分體現(xiàn)了生活化實(shí)驗(yàn)直觀生動(dòng)、形象具體的顯著特點(diǎn),使學(xué)生產(chǎn)生熱愛學(xué)習(xí)物理的情感．并將抽象的物理學(xué)概念和規(guī)律具體化、復(fù)雜物理學(xué)概念和規(guī)律簡(jiǎn)單化,使學(xué)生更容易接受．

(2) 抽象概括，形成結(jié)論.

物理概念和規(guī)律的形成,是一個(gè)比較復(fù)雜的過程,需要深度思維活動(dòng),轉(zhuǎn)變認(rèn)知模式,達(dá)成概念和規(guī)律的科學(xué)建構(gòu)．教師要隨時(shí)關(guān)注學(xué)生概念發(fā)展的現(xiàn)狀和問題,判斷學(xué)生的概念發(fā)展水平,沿著學(xué)生概念進(jìn)階的途徑創(chuàng)設(shè)相關(guān)情境,引導(dǎo)學(xué)生通過觀察和思考發(fā)現(xiàn)和提出問題,突破原有認(rèn)識(shí)的局限,用科學(xué)的思維方式研究和解決問題,生活化物理實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生挖掘所蘊(yùn)含的深刻的物理內(nèi)涵,形成結(jié)論,并轉(zhuǎn)化為頭腦中的科學(xué)認(rèn)識(shí),使概念理解順利達(dá)到關(guān)聯(lián)水平．本結(jié)論形成過程如下.

思考并回答下列問題,得到結(jié)論:

光折射時(shí),折射光線、入射光線和法線是否在同一平面內(nèi)?

折射光線、入射光線是否位于法線兩側(cè)?

折射角和入射角大小關(guān)系?

入射角增大,折射角將如何變化?入射角減小呢?

當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí),傳播方向是否改變?

光折射時(shí),光路是否可逆?

請(qǐng)把你的結(jié)論填寫在導(dǎo)學(xué)案中的分析論證部分．

環(huán)節(jié)3.認(rèn)知完善——回歸生活,深化拓展,運(yùn)用物理概念和規(guī)律.

概念的深層次理解,有賴于學(xué)生概念的形成程度．在初步建構(gòu)概念的基礎(chǔ)上,選擇具體問題,可以是課內(nèi)讓學(xué)生解決問題,還可以布置學(xué)生自己動(dòng)手做一些有趣的實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步提升和拓展對(duì)概念和規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識(shí),從而使知識(shí)理解層級(jí)水平從關(guān)聯(lián)上升到系統(tǒng)和整合水平．

(1) 回歸生活,理解應(yīng)用.

生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是把抽象的學(xué)科知識(shí)還原于生活,使知識(shí)在實(shí)踐中得以驗(yàn)證和完善．通過利用所學(xué)物理知識(shí)來解決生活實(shí)際問題和解釋生活現(xiàn)象,學(xué)生具有了主動(dòng)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),在問題解決中注重與生活的聯(lián)系,學(xué)生在體驗(yàn)和感悟中才會(huì)真正理解知識(shí)．

在叉魚實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生甲明明瞄準(zhǔn)了,為什么沒有叉到魚?通過討論,學(xué)生就從實(shí)驗(yàn)中親身感受到了虛像的位置,然后根據(jù)光路可逆,讓學(xué)生們畫光路圖(圖5),解釋虛像的形成原理．

圖5 叉魚光路圖

總之,在深化拓展階段,可利用光的折射定律解釋生活中的物理現(xiàn)象,如筷子折斷現(xiàn)象、硬幣重現(xiàn)等,利用餐盒探究出的光的折射定律,能夠解決學(xué)生多年的疑惑,說明物理學(xué)科有趣、有用,并享受學(xué)以致用的快樂．

(2) 課外拓展,完善認(rèn)知.

學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程,應(yīng)更多地加強(qiáng)物理與生活的聯(lián)系,讓學(xué)生從課內(nèi)走向課外,享受運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的樂趣．通過簡(jiǎn)便易做的一些小實(shí)驗(yàn)小制作,讓學(xué)生在課后開展實(shí)驗(yàn)或者在生活現(xiàn)象類似的場(chǎng)景進(jìn)行觀察,讓學(xué)生充分體驗(yàn)主動(dòng)探索、合作學(xué)習(xí)的過程,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力．通過課內(nèi)、課外實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的整合．本節(jié)課的課外拓展內(nèi)容如下．

完成并解密小魔術(shù):硬幣重現(xiàn)．

撰寫一篇關(guān)于“容易受騙的眼睛”的科技小論文．

在布置了課后小實(shí)驗(yàn)后,可要求學(xué)生要上交小制作或者在家進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)時(shí)利用攝錄設(shè)備進(jìn)行視頻記錄,然后在課堂上進(jìn)行展示,極大地促進(jìn)了學(xué)生的積極性．通過課外拓展,生活化物理實(shí)驗(yàn)真正走進(jìn)了學(xué)生的生活,也在一定程度上加深了學(xué)生對(duì)折射定律的理解和應(yīng)用,有助于學(xué)生完善對(duì)光的折射的認(rèn)知．

總之,通過開展基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的生活化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),將物理知識(shí)融入到有關(guān)生活現(xiàn)象和解決具體的社會(huì)生活問題中,增強(qiáng)了物理與STSE的聯(lián)系，同時(shí),有助于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力,幫助學(xué)生形成正確的物理觀念,提高科學(xué)思維和創(chuàng)新能力及學(xué)習(xí)物理的積極性和主動(dòng)性,并有效激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感．