王國(guó)軍 湯金波

摘 要：本文圍繞光的折射定律從探究不同盛水容器在不同角度觀察到的不同現(xiàn)象入手，進(jìn)行深度備課，來(lái)解決智慧型課堂教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的認(rèn)知障礙，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的全面養(yǎng)成，從而對(duì)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)做出正確的導(dǎo)向.

關(guān)鍵詞：深度備課;核心素養(yǎng);智慧課堂

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）08-0053-04

作者簡(jiǎn)介：王國(guó)軍（1985-），男，貴州人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、試題研究、學(xué)生心理研究;

湯金波（1964-），男，江蘇如皋人，本科，中學(xué)物理特級(jí)教師，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新.

1 問(wèn)題背景

備課是教與學(xué)的前提，是教師根據(jù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和本門課程的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)、教學(xué)環(huán)境等具體情況，選擇最適合教學(xué)方法、手段和順序，以保證學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的重要教學(xué)環(huán)節(jié).深度備課是基于學(xué)生深度學(xué)習(xí)為導(dǎo)向的備課，要做到深度備課就要深入了解深度學(xué)習(xí).

深度學(xué)習(xí)中能體現(xiàn)核心素養(yǎng)中的理解、批判、聯(lián)系、遷移、決策和解疑能力，是在教師引導(dǎo)下進(jìn)行多維度、深加工、高度參與等深度思維手段的綜合結(jié)果，它重視學(xué)生的元認(rèn)知水平，是基于學(xué)生前概念認(rèn)知下的學(xué)習(xí)方式，摒棄了那種粗淺的學(xué)習(xí)方式，是與淺層次的學(xué)習(xí)相對(duì)的學(xué)習(xí)方式.

深度備課就要多維度了解學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)準(zhǔn)備，以便于學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，打造高效型、智慧型課堂.

2 問(wèn)題的提出

2.1 關(guān)注學(xué)生前認(rèn)知

作為初中物理光學(xué)中的探究?jī)?nèi)容，很多學(xué)生比較熟悉的一種現(xiàn)象是：劃船時(shí)，發(fā)現(xiàn)船槳在水中“折斷”的部分會(huì)向水面處偏折，河岸上的一根竹竿倒在了水中，水中竹竿依然是“折斷”的部分向水面處偏折（如圖1甲實(shí)物現(xiàn)象，圖1乙是模型圖）.這些現(xiàn)象才是最初自動(dòng)嵌入學(xué)生大腦的潛意識(shí)，而恰好是這樣的潛意識(shí)對(duì)他們前概念的形成有潛移默化的影響，也就是首次效應(yīng)的影響.

2.2 課堂教學(xué)現(xiàn)象

在進(jìn)行光折射教學(xué)時(shí)，經(jīng)常會(huì)采用或看到“暴力”的教學(xué)導(dǎo)入方式，緊接著教師就進(jìn)行了課題的教學(xué)，比如：在一圓柱形玻璃杯中放入一支鉛筆或其它物體，接著提問(wèn)：“同學(xué)們，你們看到了什么現(xiàn)象？”或“同學(xué)們，你們發(fā)現(xiàn)筆還是直的嗎？”很快就會(huì)聽到學(xué)生回答：“筆好像折斷了.”是的，筆看上去確實(shí)折斷了，但這是所有同學(xué)都看到的現(xiàn)象嗎？經(jīng)過(guò)近10年的課堂教學(xué)及聽其他老師的課堂展示，筆者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)細(xì)節(jié)：其實(shí)只有部分同學(xué)可以看到這種現(xiàn)象，但是我們老師經(jīng)常就以這部分同學(xué)看到的現(xiàn)象作為所有同學(xué)觀察到的現(xiàn)象，然后就堂而皇之地進(jìn)行了光的折射的教學(xué).這樣的教學(xué)合理嗎？在一定程度上來(lái)講，這是不合理的.原因是：還有一部分學(xué)生看到的不是這樣的現(xiàn)象，他們會(huì)產(chǎn)生疑惑：“為什么我明顯看到的不是這樣的現(xiàn)象，而老師就以其他同學(xué)看到的現(xiàn)象為準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)了呢？”難道這不是有點(diǎn)荒唐嗎？另外一種情況就是，我們?yōu)榱丝焖侔褜W(xué)生們的思維帶入課堂，經(jīng)常采用一束激光射向裝有一定量水的水槽中，這里同樣也有一個(gè)問(wèn)題就是：“只有少部分同學(xué)會(huì)看到光從空氣中斜射向水面的時(shí)候，光路發(fā)生偏折的現(xiàn)象”，也有另外的一部分同學(xué)可能會(huì)看到：“水中的光路與空氣中的光路是在一條直線上的”.

以上的教學(xué)導(dǎo)入方式是一種非常常見(jiàn)的情況，問(wèn)題就是這樣的常態(tài)化導(dǎo)入，并沒(méi)有做到尊重學(xué)生的元認(rèn)知特點(diǎn)，而采用一種強(qiáng)迫化的手段，直接嵌入新概念的現(xiàn)象教學(xué)，這是不符合學(xué)生物理觀念的形成規(guī)律的.如圖2所示是滬科版教材使用的拍攝圖片，而圖3、圖4、圖5、圖6是多角度地拍攝一只筷子斜插入裝有水圓柱形杯中的情況.

顯然，在不同角度進(jìn)行觀察，得到的結(jié)論是不同的，這對(duì)我們?cè)谶M(jìn)行課前學(xué)情分析和深度備課時(shí)具有一定的指導(dǎo)作用，應(yīng)該關(guān)注學(xué)生身邊最常見(jiàn)的與課題教學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象，從學(xué)生常見(jiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行導(dǎo)入，才不會(huì)形成強(qiáng)迫式教學(xué)，避免了學(xué)生認(rèn)知過(guò)程中強(qiáng)制性的代入感.

2.3 教輔資料中習(xí)題情境表述不精準(zhǔn)，問(wèn)答規(guī)定含糊不清

在現(xiàn)行很多的教輔資料中，我們經(jīng)?？吹饺缦碌牧?xí)題：如圖7所示，是我們看到的筷子斜插入水中的情況，其中正確的是……

此題的本意就是本文中圖1的實(shí)際情況，參考答案是D.但是通過(guò)實(shí)際的測(cè)試，大約有80%的學(xué)生會(huì)選擇B，往往這部分學(xué)生都是上課特別“專注”的學(xué)生，這對(duì)他們來(lái)說(shuō)是一種打擊，同時(shí)也是一種警醒.那么，如此多的學(xué)生選擇B選項(xiàng)背后的原因究竟是什么呢？原因就是學(xué)生對(duì)單一角度觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行了想當(dāng)然的切入，另外一個(gè)原因是題干的描述精準(zhǔn)性不夠，即觀察角度受到限制.這對(duì)我們的教學(xué)及命題帶來(lái)的一個(gè)思考就是我們教的不是單一的知識(shí)，而是需要教給學(xué)生多角度觀察和思考問(wèn)題的能力.命題取材于原始生活，但是在進(jìn)行情景描述和答題規(guī)定的設(shè)定方面要進(jìn)行多推敲、多角度思考.如果把參考答案作為標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行教學(xué)，會(huì)導(dǎo)致我們教給學(xué)生的是單一的基本知識(shí)和技能，而不是素養(yǎng)的養(yǎng)成，把學(xué)生教“傻”，變成只會(huì)把課堂實(shí)驗(yàn)單一的現(xiàn)象進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)的“機(jī)器”，從而導(dǎo)致學(xué)生養(yǎng)成只看到片面的現(xiàn)象就進(jìn)行單一思考問(wèn)題的思維習(xí)慣.

2.4 多版本教材的導(dǎo)入比較

表1是2012年不同版本初中物理教材中關(guān)于“光折射”的導(dǎo)入部分.筆者進(jìn)行了四個(gè)不同版本的教材歸納.

從表1中不難發(fā)現(xiàn)，人教版、蘇科版、滬科版均以元認(rèn)知為指引，重視學(xué)生的前概念形成過(guò)程，采用了文字、情境對(duì)話和實(shí)驗(yàn)演示的方式進(jìn)行導(dǎo)入.教材終究只是提供一個(gè)指引，教師在進(jìn)行備課時(shí)，就需要發(fā)揮備課的各個(gè)功能，進(jìn)行深度備課，為學(xué)生深度學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

3 深度備課，養(yǎng)成核心素養(yǎng)，打造智慧型課堂

3.1 課前定量分析，做一個(gè)明師

3.1.1 光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)，為何會(huì)發(fā)生折射

以光從空氣斜射向水中或光從空氣斜射向玻璃中為例.根據(jù)惠更斯的推導(dǎo)，假設(shè)光在空氣中的傳播速度為c，在水中的傳播速度為v.如圖8所示是一束光斜射向水面的光路圖，但是如果把空氣和水中的光路進(jìn)行多次放大后可以簡(jiǎn)化為圖9的情況.根據(jù)光傳播具有等時(shí)性的特點(diǎn)，可以推導(dǎo)出光為何在水面處會(huì)發(fā)生折射.推導(dǎo)過(guò)程如下：

∵O1O2=AO1sinα=O2Bsinβ，AO1=ct，O2B=tv，

∴n=sinαsinβ=cv

即光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，由于速度發(fā)生了改變，因此在界面處將會(huì)發(fā)生光路偏折.

3.1.2 筷子斜插入圓柱形水杯，像的偏折方向問(wèn)題研究

本文圖3、圖5、圖6的筷子斜插入圓柱形水杯中，隨著觀察角度的變化筷子的像偏折方向隨之發(fā)生改變，為何會(huì)出現(xiàn)如此的現(xiàn)象呢？筆者對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行模型的定性分析，如圖10、圖11、圖12所示.

通過(guò)模型分析，隨著觀察角度的變化，像的偏折方向也會(huì)隨著發(fā)生移動(dòng)，而當(dāng)筷子豎直插入裝有水的圓柱形杯子中，將會(huì)看到筷子放大的像.因此，坐在不同位置的同學(xué)看到的偏折情況不同，臉上會(huì)露出疑惑的表情也就不足為奇了.

3.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)演示方式，避免固化思維，助力智慧課堂的打造

3.2.1 關(guān)注全體學(xué)生，多角度觀察，建立正確的科學(xué)觀念

第一印象是人們第一次看到事物表象在大腦中的效應(yīng)，首次效應(yīng)的影響會(huì)大于后面時(shí)間所產(chǎn)生的影響，如果首次效應(yīng)形成刻板思維，對(duì)將來(lái)認(rèn)識(shí)事物會(huì)產(chǎn)生極大干擾和困難.通過(guò)前述問(wèn)題的研究，為了防止學(xué)生可能因?yàn)閱我唤嵌瓤吹降膯我滑F(xiàn)象而形成固著性思維，對(duì)學(xué)生的后續(xù)認(rèn)知帶來(lái)不必要的困惑，我們可以采用旋轉(zhuǎn)式圓臺(tái)助力課堂實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入的演示，為學(xué)生后續(xù)進(jìn)行光折射實(shí)驗(yàn)的探究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).圖13是通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓臺(tái)360度角度拍攝，這樣就可以保證不同角度的同學(xué)觀察到斜插入水中的筷子的成像情況.圖14是一直線型金屬桿斜插入水盆中，在空氣中拍攝的情況，明顯看到“彎折部分”偏向水面.通過(guò)多角度的觀察，幫助學(xué)生建立正確的物理觀念.

3.2.2 在科學(xué)探究過(guò)程中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，助力形成科學(xué)思維

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通常會(huì)采用光屏以法線（輔助線）為軸進(jìn)行折轉(zhuǎn)的方式，然后觀察在折轉(zhuǎn)面上的光路情況，接著再把折轉(zhuǎn)面折轉(zhuǎn)到與未轉(zhuǎn)動(dòng)面在同一平面時(shí)，又能看到兩條光路，從而說(shuō)明折射光線、入射光線在同一平面內(nèi).如圖15、圖16是常用的探究模型.但是否可以另辟蹊徑呢？答案是肯定的，依然可以采用圓臺(tái)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓臺(tái)，進(jìn)行正面觀察，當(dāng)看到水中的折射光路與空氣中的入射光路在一條直線上的時(shí)候，就可以簡(jiǎn)單、明了地得出折射光線、入射光線在同一平面內(nèi)（如圖17所示）.

這樣的操作看似簡(jiǎn)單，但是給學(xué)生提供了勇于創(chuàng)新的思維引領(lǐng)，還可以讓學(xué)生比較兩個(gè)操作方案，對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生的分析、綜合、質(zhì)疑、批判思維，提升科學(xué)思維品質(zhì).

4 總結(jié)

以核心素養(yǎng)為中心的深度備課，需要去深度鉆研教材，進(jìn)行多角度的比較，關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知，從學(xué)生的角度出發(fā)，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中循序漸進(jìn)地形成物理觀念，在實(shí)驗(yàn)探究中提升學(xué)生科學(xué)思維，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.教師在教學(xué)中研究教材、教輔資料、學(xué)生、教學(xué)環(huán)境過(guò)程中要有批判性思維，用豐富的邏輯知識(shí)辨別真?zhèn)?從科學(xué)素養(yǎng)的角度去認(rèn)識(shí)物理概念和規(guī)律，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和知識(shí)發(fā)生規(guī)律的教學(xué)過(guò)程，進(jìn)而打造智慧型課堂.

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（收稿日期：2020-12-01）