謝金哲 戴瑞 賈艷

摘 要：物理觀念是物理學的核心，然后才是概念、方法、理論.宏觀的物理觀念建構(gòu)，僅僅靠滲透是不夠的，需要適度的顯性化.觀察、操作、思考、研究、實踐等是物理觀念培養(yǎng)內(nèi)化的重要方式.為了幫助學生建構(gòu)物理觀念，培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)，以“光的偏振”為例進行教學設(shè)計，以液晶顯示屏中光的偏振現(xiàn)象“魔法式”在課堂的呈現(xiàn)為切入點，探尋亮暗變換的現(xiàn)象為核心活動，借助靈活追問指向?qū)W生物理觀念的建構(gòu).引導學生以知識為基礎(chǔ)，在思維、情感和價值體驗的協(xié)同參與下建構(gòu)物理觀念.

關(guān)鍵詞：物理觀念;光的偏振;物理教學;教學設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）03-0042-04

基金項目： 2018年度吉林省本科高等教育教學改革立項課題;2020高等學校教學研究項目（DJZW202004db）;2020年度東北師范大學物理學院教學改革培育項目.

作者簡介：謝金哲（1996-），女，黑龍江七臺河人，碩士研究生，研究方向：課程與教學論（物理）;

戴瑞（1976-），女，吉林松原人，博士，副教授，研究方向：物理教育;

賈艷（1974-），女，遼寧本溪人，博士，副教授，研究方向：物理實驗教學研究.

我國頒布的2017年版《普通高中物理課程標準》（以下簡稱新課標）提出物理學科核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素，具體包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任.對于“物理觀念”的界定是：物理觀念是從物理學視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華;是從物理學視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ).物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素[1].據(jù)此，教師的教學能力以及觀念等均需隨之改變，如何架構(gòu)一個有密度、有梯度、有深度的教學設(shè)計，以建構(gòu)學生物理觀念，培養(yǎng)學生從物理學的視角正確描述和解釋自然現(xiàn)象，運用物理知識解決實際問題，有效指導工作和生活實踐，便成了現(xiàn)今物理教師的首要現(xiàn)實問題.

“光的偏振”一節(jié)的教學，學生在異于日?，F(xiàn)象的視覺沖擊下，便會萌生出強烈的求知欲望，進而問題驅(qū)動思考，提出合理猜想與假設(shè)，同時在教師的引導下通過不同的方法和手段來分析處理已知信息，分析顯示結(jié)果和變化趨勢，最終在主動學習的前提下學生能夠準確地評估和反思結(jié)果.

1 教學目標的確定

結(jié)合新課標中對物理核心素養(yǎng)的描述，教學目標的確定要從實際生活出發(fā)，遵循科學性、階段性和靈活性等原則，同時需具有較強的可操作性.教師要依據(jù)物理課程標準，在理解物理學科知識和教學知識及具體學生學情的基礎(chǔ)上，結(jié)合外部實際教學環(huán)境，針對學生學習和自身發(fā)展需求，施加引導，以設(shè)計問題為途徑、以培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)為指向，確定教學目標.

1.1 課標分析

按照新課標對物理觀念的界定，我們可以看出形成物理觀念的基礎(chǔ)是物理概念和規(guī)律，因而“物理觀念”的建構(gòu)，要對物理概念、規(guī)律進行深度理解和確切把持，并適時加以提升.

“光的偏振”是新課標選擇性必修1模塊第三主題“光及其應(yīng)用”的內(nèi)容，其基本內(nèi)容要求是：“觀察光的偏振現(xiàn)象，了解偏振現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道光的偏振在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，知道光是橫波”.活動建議是：“通過調(diào)查研究，收集光的偏振現(xiàn)象應(yīng)用的實例.觀看3D電影，查閱資料，了解3D電影的原理[1]”.

1.2 教材分析

“光的偏振”的教學內(nèi)容選自人教版普通高中物理課程標準實驗教科書《物理（選擇性必修1）》第四章第六節(jié).光的偏振位于“光及其應(yīng)用”這一章的最后一節(jié)，在學習這節(jié)知識之前，學生已學習了光的折射、全反射、干涉及衍射等光學知識.光的偏振現(xiàn)象與科學發(fā)展、技術(shù)手段以及現(xiàn)代社會的緊密聯(lián)系，體現(xiàn)了新課程內(nèi)容的時代性和選擇性.

1.3 學情分析

通過前面的學習，在知識層面學生已對“光”有了較為充分的認識.在科學探究層面，學生對光現(xiàn)象具備了一定的觀察、類比和分析推理能力.除此之外，學生在日常生活中接觸過光的偏振現(xiàn)象，具有豐富的實踐感性認識，有利于在原有認知基礎(chǔ)上建構(gòu)物理觀念.但對于光的偏振知識仍是比較陌生的，缺少系統(tǒng)的科學認知.例如，液晶顯示屏在學生的實踐生活中隨處可見，致使去掉偏振片的液晶顯示屏呈現(xiàn)出的差異現(xiàn)象會極大地激起學生對本節(jié)課物理知識的學習興趣，新奇于物理學習與生活現(xiàn)象的緊密結(jié)合，更有益于引導學生以“物理觀念”審視萬物，以“科學思維”明辨原理，以“科學探究”挖掘真知，以“科學態(tài)度與責任”豐富認知，進而借助嵌入式教學培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng).

1.4 教學目標

確定基于核心素養(yǎng)的教學目標與確定知識教學目標有一定差異，知識教學目標往往是明確的，核心素養(yǎng)的其他部分教學目標往往與學習資源、學生學習活動形式等相關(guān)，教學目標的確定與教學活動的設(shè)計之間應(yīng)存在“互動”[2].在涉及物理概念、規(guī)律的教學時，教學目標的設(shè)定應(yīng)在符合學生“認知過程”的同時具有超距性，以更好地建構(gòu)物理觀念，培養(yǎng)物理學科的核心素養(yǎng).

（1）能清晰系統(tǒng)地認識自然光、偏振光，能夠抽象概括出兩者的物理概念（物理觀念、科學思維）.

（2）能在光的偏振的實驗探究中合理利用實驗儀器，并能根據(jù)現(xiàn)象進行分析，能用專業(yè)術(shù)語總結(jié)結(jié)論（物理觀念、科學思維、科學探究）.

（3）對變換的物理現(xiàn)象提出質(zhì)疑，采用多種角度分析物理問題（物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任）.

（4）能根據(jù)生活中與光的偏振有關(guān)的現(xiàn)象提出可探究的物理問題，并能加以解決（物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任）.

（5）能將物理知識與實際聯(lián)系，初步認識科學技術(shù)對人類生活的影響，具有創(chuàng)造人類美好明天的責任感（物理觀念、科學態(tài)度與責任）.

（6）在光的偏振實驗中，培養(yǎng)探究科學知識的興趣和實事求是的科學態(tài)度，養(yǎng)成良好的與他人合作的習慣（科學態(tài)度與責任）.

2 教學過程的設(shè)計

就如同物理思維一樣，物理觀念是遷移性最強的心理品質(zhì)，教師應(yīng)當根據(jù)具體的教學目標，從學生已有的認知水平出發(fā)，結(jié)合學生生活實踐經(jīng)驗，按照學生認知發(fā)展規(guī)律，層層遞進式教學，引導學生掌握有意義的知識，在指向具體問題解決的過程中體現(xiàn)其價值.在具有相應(yīng)的意識和能力情況下，才能夠精準地以物理觀念來指導實踐.

2.1 呈現(xiàn)日常事物之異常，激發(fā)學生求知的欲望

教學環(huán)節(jié)1：首先教師打開“特殊的電腦液晶顯示器”，顯示器屏幕呈現(xiàn)為亮白色（如圖1a），而后將顯示器前方的偏振片還原，呈現(xiàn)出“豬小屁”動畫畫面（如圖1b）.讓學生在有無偏振片比較情況下觀察現(xiàn)象，體會物理在生活中的奇妙應(yīng)用.而后教師提出問題：“這張薄片是什么呢？為什么薄片放在液晶顯示屏前豬小屁就會出現(xiàn)呢？這其中的秘密究竟是什么？”從而引出本節(jié)課的題目——光的偏振.

設(shè)計意圖：倘若學生對運用物理知識指導實踐產(chǎn)生了興趣，自然逐漸就會產(chǎn)生相應(yīng)的意識和能力.教師通過“魔法式”的呈現(xiàn)方式，動態(tài)地向?qū)W生展示了電腦液晶顯示屏有無偏振片的差異——有偏振片可以看到圖像，沒有偏振片看不到圖像，“魔法式”的變換效果激發(fā)了學生的學習興趣，充分調(diào)動了學生學習的內(nèi)在驅(qū)動力，在學生了解液晶顯示屏與光的偏振相關(guān)聯(lián)的過程中親身體驗，打破原有認知.每個學生在認知過程中都會構(gòu)成千差萬別的認知結(jié)構(gòu)，物理觀念的培養(yǎng)正是打破原有認知狀態(tài)，加強學生從物理思維的角度思考生活實踐問題[3].形成具有科學性和邏輯性的思維體系，有利于促進學生物理觀念的建構(gòu)，進一步推動了科學思維的培育.

2.2 聚焦學生深度學習，詳細講解物理概念

教學環(huán)節(jié)2：學生利用教師分發(fā)的偏振片，根據(jù)教師引導，自主觀察現(xiàn)象，同時結(jié)合學生的觀察現(xiàn)象，教師給出偏振片及其透振方向的定義，同時指出偏振片是由特殊材質(zhì)制成的，引導學生總結(jié)普通光源發(fā)出的光及通過偏振片的光的特點，隨后根據(jù)實例為學生呈現(xiàn)自然光及偏振光的物理概念（如圖2）.

設(shè)計意圖：通過學生獨立觀察得到的實驗現(xiàn)象，引起同學們思考薄片的特殊之處，培養(yǎng)學生善于發(fā)現(xiàn)、敢于提問的好習慣.同時學生在這一階段經(jīng)歷了“觀察—抽象—比較—概括”的過程，在原有知識的基礎(chǔ)上習得新知識.對物理觀念的培養(yǎng)有著疊加性的效果，在滲透的基礎(chǔ)上逐步顯性化，強調(diào)在理解和掌握物理概念和規(guī)律的過程中，關(guān)注問題的學習歷程，了解物理學在研究自然現(xiàn)象的過程中形成了什么觀念，又是如何演進成為今天的物理觀念.

2.3 巧用“問題串”，誘發(fā)學生思考

教學環(huán)節(jié)3：光的偏振現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因是本節(jié)的一個重點，教師利用自制實驗器材進行演示實驗，并根據(jù)實驗的難度梯度，設(shè)計了具有遞進性的引導式問題串，利用問題串引導學生思考和分組討論，結(jié)合PPT課件學習光的偏振現(xiàn)象產(chǎn)生的原因.進一步巧改演示用具，升級成帶有“物理”字樣的偏振片，并開展基于項目的學習，引導學生以小組合作方式完成制作，從光的偏振產(chǎn)生原因的角度分析“物理”字樣亮暗變換的原因，再結(jié)合機械波的學習得出光是一種橫波.

問題1：教師詢問：想不想知道偏振光通過偏振片后會產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象？

問題2：旋轉(zhuǎn)第二個偏振片，觀察透射光亮暗的變化.

問題3：再次旋轉(zhuǎn)第二個偏振片，觀察第二個偏振片旋轉(zhuǎn)到哪個角度時透射光最亮或最暗？

問題4：更換“物理”字樣偏振片后，觀察現(xiàn)象，布置任務(wù)：分析原理，利用手中材料進行制作.

問題5：利用完成的作品，展示現(xiàn)象并解釋兩者產(chǎn)生明顯對比性反差的原因.

設(shè)計意圖：教學活動應(yīng)具有矢量性，課堂問題設(shè)計可視為教學設(shè)計的靈魂，教師根據(jù)學生的認知發(fā)展規(guī)律，圍繞固定主題設(shè)計具有邏輯性、推動型、逐步深入的“問題串”，能夠督促學生深入思考，由表及里地分析光的偏振現(xiàn)象.問題1抓住了學生“好奇”的心理特征，能夠達成學生認真觀察顯現(xiàn)這一顯著效果;問題2和3逐步深入，借助教具學生不難得出“在轉(zhuǎn)動檢偏器過程中光強發(fā)生了明暗變化，當兩偏振片透振方向平行時光強最強、垂直時完全沒有光透過（如圖3）”這一結(jié)論，此時正確結(jié)論的得出也為學生增添了繼續(xù)探究的動力;升級實驗后，問題4和5以科學探究的形式，能夠讓學生基于項目自主動手探究，在操作中發(fā)現(xiàn)、討論、解決問題，同時分組合作的形式有助于培養(yǎng)學生的協(xié)作意識.通過遞進式的問題層層深入，逐漸攻克學生的學習難點，引導學生的思維深度延伸，培養(yǎng)了學生的科學思維、科學探究及科學態(tài)度與責任等物理學科核心素養(yǎng).

2.4 揭秘“魔法”之源，科學知識與實踐鑲嵌

教學環(huán)節(jié)4：教師利用生活中常見事物：手上的電子表，介紹電子表等物品中液晶顯示屏的工作原理，結(jié)合PPT演示光在顯示屏中的傳播過程，簡要介紹液晶的特性，幫助學生理解光的偏振在顯示屏中的應(yīng)用：“在電荷的作用下，晶體分子整齊排列，于是光能夠在通過第一個偏振片后毫無變化地通過液晶盒，直到被第二個透振方向垂直的偏振片所擋住，于是我們看到屏幕上呈現(xiàn)出的黑色圖案（圖4a）.如果沒有電荷作用，晶體便處于自然放松狀態(tài)，會使通過液晶盒的光發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這樣光線便能夠順利地通過第二個透振方向垂直的偏振片了，在屏幕上呈現(xiàn)白色（圖4b）.”由簡單的電子表顯示屏亮暗的講解過渡到揭示上課之初的“魔法”：“因為上次老師的電腦發(fā)生了些小故障，在修電腦屏幕時老師忘記把顯示屏前方的偏振片放回去了，因此將顯示器打開時，背光總是亮著的，光通過顯示屏后的第一個偏振片進入液晶盒后呈現(xiàn)在屏幕上，也就是同學們觀察到的顯示屏全白現(xiàn)象，就看

不到可愛的豬小屁了，當我們將顯示屏上的偏振片還原回去時，前后兩偏振片垂直，我們便看到了可愛的豬小屁.”

設(shè)計意圖：教師根據(jù)這個環(huán)節(jié)的學習，指導學生利用物理知識解決新課導入的實際問題，既首尾呼應(yīng)，有始有終，又鍛煉了學生將生活情境與知識相關(guān)聯(lián)的能力.進而培養(yǎng)學生以物理觀念審視生活實際，巧借科學思維辨析生活問題，善用科學探究解決實踐疑惑等的物理學科核心素養(yǎng).

2.5 布置課后實踐任務(wù)，驅(qū)動學生科學探究

教學環(huán)節(jié)5：在課堂教學最后，帶3D眼鏡觀看3D電影片斷.布置作業(yè)，引導學生在課后合作探究3D電影的觀看與播放原理.

設(shè)計意圖：布置開放性作業(yè)，能夠增加學生完成的欲望，同時在課堂知識學習的基礎(chǔ)上安排與生活實際密切相關(guān)聯(lián)的實踐作業(yè)，學生能夠切身體驗物理學與我們的生活實際并不遙遠，增強學生在生活實際中以物理學視角正確描述和解釋自然現(xiàn)象的意識，培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力，最終能夠有效地促進物理觀念的建構(gòu)，以指導工作和生活實踐.

3 總結(jié)與反思

要想使核心素養(yǎng)理念真正落地，就要從課程、教材、教學、評價等多方面進行實踐探索[4].綜合以上實踐教學探索，通過設(shè)定教學目標，利用日常之物“電腦液晶顯示屏”之異常激趣啟疑，強調(diào)科學、技術(shù)、社會三者的相互關(guān)聯(lián)，根據(jù)環(huán)環(huán)相扣且具有矢量性的教學活動遞進式教學，依據(jù)教學內(nèi)容開放性的特點，總結(jié)科學認知，借助物理情景，升華學生認知，整體非線性的教學過程使得教學效果疊加式呈現(xiàn)，輔助學生構(gòu)建物理觀念，嵌入式地培養(yǎng)了學生的物理學科核心素養(yǎng).

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]梁旭.基于核心素養(yǎng)的教學設(shè)計需要關(guān)注的幾個問題[J].中學物理，2018，36（09）：2-8.

[3]邊媛，趙振宇，馮立峰.芻議在教學設(shè)計中如何培養(yǎng)學生的物理觀念[J].中學物理，2020，38（19）：35-37.

[4]彭前程.物理學科核心素養(yǎng)的理解與踐行——以人教版高中物理教材為例 [J].物理教學，2020，42（02）：6-12.

（收稿日期：2020-12-05）