摘 要：概念教學(xué)是概念理解的教學(xué)，在“透鏡”新課教學(xué)中，筆者基于創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景，以透鏡各概念要素的逐步層析為序，注重科學(xué)方法的整合運(yùn)用，促進(jìn)理解核心概念的內(nèi)涵和外延，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，逐步建構(gòu)和完善學(xué)生的概念知識(shí)體系.

關(guān)鍵詞：科學(xué)方法;概念理解;教學(xué)設(shè)計(jì)

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）14-0036-04

基金項(xiàng)目：中國(guó)教科院2015年度實(shí)驗(yàn)區(qū)重點(diǎn)課題“區(qū)域推進(jìn)靈性教育的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：SYQ201507）;浙江省2016教育科學(xué)規(guī)劃課題“運(yùn)用類比法促進(jìn)初中科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2016SC275）;浙江省2018年教研課題“促進(jìn)初中科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略研究”（項(xiàng)目編號(hào)：G18187）.

作者簡(jiǎn)介：沈強(qiáng)（1979-），男，浙江紹興人，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：概念理解的實(shí)踐和研究.

概念是人腦在感覺、知覺和表象的基礎(chǔ)上，對(duì)感性材料進(jìn)行去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里的思維加工，是反映事物本質(zhì)屬性的思維產(chǎn)物.概念教學(xué)是學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系的實(shí)施路徑，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑之一.在常態(tài)的初中物理課堂教學(xué)中較注重掌握知識(shí)與能力，而忽視理解意義和學(xué)會(huì)遷移，所以學(xué)生對(duì)于抽象概念[1]的學(xué)習(xí)較多停留在淺層認(rèn)知，無(wú)法深入分析和應(yīng)用，無(wú)法進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變，更無(wú)法達(dá)到理解概念.

正如蘇聯(lián)教育學(xué)家維果斯基指出：“科學(xué)概念的直接教授是不可能的，而且也是沒(méi)有效果的.” 而科學(xué)方法是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造世界中遵循或運(yùn)用的、符合科學(xué)一般原則的各種途徑和手段，有利于運(yùn)用科學(xué)思維得出所研究對(duì)象的本質(zhì)和規(guī)律，所以通過(guò)科學(xué)方法的思維來(lái)研究、描述、實(shí)施、總結(jié)和檢驗(yàn)科學(xué)現(xiàn)象，從而揭示研究對(duì)象的本質(zhì)屬性，達(dá)到概念理解的解釋、釋義、應(yīng)用、洞察、移情、自知的六個(gè)維度[2].本文通過(guò)對(duì)蘇科版八年級(jí)上冊(cè)“透鏡”的教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)科學(xué)方法促進(jìn)概念理解的實(shí)踐進(jìn)行探討.

1 教學(xué)目標(biāo)定位

1.1 知識(shí)與技能

（1）認(rèn)識(shí)凸透鏡的會(huì)聚作用和凹透鏡的發(fā)散作用，認(rèn)識(shí)透鏡的焦點(diǎn)和焦距.

（2）經(jīng)歷用多種方法辨別凸透鏡和凹透鏡的過(guò)程，并嘗試對(duì)各種方法的優(yōu)劣做初步評(píng)估.

1.2 過(guò)程與方法

（1）通過(guò)透鏡的實(shí)驗(yàn)提高觀察現(xiàn)象的能力，并學(xué)習(xí)初步的科學(xué)研究方法.

（2） 運(yùn)用轉(zhuǎn)換法、類比法、模型法等科學(xué)方法，經(jīng)歷對(duì)透鏡的分類、特殊光線的探究過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)概念的形成過(guò)程.

1.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）通過(guò)凸透鏡會(huì)聚易形成火災(zāi)的現(xiàn)象，提高安全意識(shí).

（2）通過(guò)觀察與實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的科學(xué)素養(yǎng)，利用科學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際的密切聯(lián)系，提高對(duì)科學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí).

2 教學(xué)思路與框架

這是一節(jié)典型的概念教學(xué)課，學(xué)生在之前學(xué)習(xí)了光的反射和折射現(xiàn)象，對(duì)“面鏡”的分類和光的會(huì)聚發(fā)散有初步了解，在光的折射時(shí)平透鏡（玻璃磚）和三棱鏡（光的色散）的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)透鏡的分類、判斷焦點(diǎn)等概念、透鏡的三條特殊光線以及光線偏折的本質(zhì)原因.設(shè)計(jì)注重學(xué)科知識(shí)的邏輯順序與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的統(tǒng)一，通過(guò)基于科學(xué)方法融合的教學(xué)策略來(lái)促進(jìn)概念理解，從“看到字模糊如何變清晰”的真實(shí)情景出發(fā)，以項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)的方式，采用類比遷移、建立模型、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等科學(xué)方法來(lái)組織教學(xué)，讓學(xué)生知其然，更知其所以然（如圖1所示）.

3 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 情景一

眼睛是心靈的窗戶，是我們獲取信息的主要器官.當(dāng)我們看到前面的事物變模糊時(shí)，就不能準(zhǔn)確得到有關(guān)信息.呈現(xiàn)已學(xué)過(guò)的平面鏡、凹面鏡、凸面鏡、玻璃磚和三棱鏡（如圖2所示）.

概念理解1 透鏡的“透”的含義

教師：應(yīng)該選擇下列哪類合適的光學(xué)鏡來(lái)讓事物變清晰？為什么？

學(xué)生：應(yīng)該選用第4、5種的鏡，因?yàn)榍懊娴娜娣謩e是平面鏡、凸面鏡和凹面鏡，光發(fā)生反射，無(wú)法透過(guò).而后面的玻璃磚和三棱鏡光能夠折射透過(guò)，光才能進(jìn)入人眼.

教師：那光能透過(guò)的第4、5種的鏡子是否都能達(dá)到目的？

學(xué)生：應(yīng)該是第5種的三棱鏡可以，可以讓光發(fā)生偏折，而第4種的玻璃磚只是讓光發(fā)生平移.

設(shè)計(jì)意圖：從已學(xué)的鏡中采用科學(xué)方法中的分類思想，區(qū)分“面鏡”的原理是光的反射，“透鏡”的原理是光的折射，建構(gòu)“透鏡”的初步概念，也從“凹面鏡”對(duì)光的會(huì)聚和“凸面鏡”對(duì)光的發(fā)散作用來(lái)為第二種分類方法做鋪墊.并且采用“結(jié)構(gòu)—功能—用途”的逆向思維，從光要能透過(guò)和偏折角度來(lái)選擇三棱鏡.

3.2 情景二

根據(jù)實(shí)驗(yàn)一束光斜射入三棱鏡中，由于折射，出射光向底面偏折，如采用兩面三棱鏡，讓學(xué)生展示組合方式來(lái)矯正視線模糊（如圖3所示）.

概念理解2 透鏡對(duì)光的會(huì)聚（發(fā)散）的原因

教師：觀察讓平行光通過(guò)三棱鏡組合時(shí)光的偏折情況.以及讓平行光通過(guò)兩透鏡的光偏折情況（如圖4所示）.大家發(fā)現(xiàn)了什么？

學(xué)生：三棱鏡組合對(duì)光的偏折與兩透鏡對(duì)光偏折相似.

教師：為什么會(huì)有相似的現(xiàn)象？

學(xué)生：三棱鏡組合的結(jié)構(gòu)與透鏡的結(jié)構(gòu)一樣，對(duì)光的偏折也就相同.

教師：采用分割的方式，我們發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)透鏡就是由一些形狀相似的棱鏡組合而成的（如圖5所示）.

設(shè)計(jì)意圖：采用“實(shí)驗(yàn)+模型”科學(xué)方法來(lái)探究透鏡會(huì)聚與發(fā)散的奧秘.通過(guò)三棱鏡對(duì)光的偏折特點(diǎn)，用三棱鏡的組合來(lái)建構(gòu)模型，與實(shí)際透鏡的光偏折比對(duì).從現(xiàn)象的一致性出發(fā)，考慮它們結(jié)構(gòu)的相似之處，根據(jù)“組合”與“分解”辯證關(guān)系，簡(jiǎn)化和抽象出模型，并根據(jù)條件來(lái)發(fā)展模型，達(dá)到更好的教學(xué)效果.

3.3 情景三

四人一小組，每組中有六塊透鏡、手電筒、激光筆等器材（如圖6所示），采用小組合作的方式一起尋找透鏡的特征差異，探究透鏡的分組.

概念理解3 ?凸透鏡和凹透鏡的分類

教師：既然這兩種透鏡對(duì)光的偏折不同，我們?nèi)绾畏诸惡兔?？大家分組實(shí)驗(yàn)探究.

學(xué)生：通過(guò)比較透鏡中央和邊緣的厚薄加以辨別（摸），從側(cè)面觀察會(huì)更直觀.

教師：根據(jù)形狀命名：中央厚邊緣薄的為凸透鏡，中央薄邊緣厚的為凹透鏡.

學(xué)生：通過(guò)觀察透鏡的成像情況（放大的像還是縮小的像）來(lái)看.

學(xué)生：通過(guò)手電筒的平行光照射，觀察光是會(huì)聚還是發(fā)散入手加以辨別（照）.

教師：根據(jù)對(duì)光的偏折命名：對(duì)光起會(huì)聚作用的凸透鏡也叫會(huì)聚透鏡，對(duì)光起發(fā)散作用的凹透鏡也叫發(fā)散透鏡.

學(xué)生：還可以通過(guò)晃動(dòng)透鏡，若發(fā)現(xiàn)像的晃動(dòng)方向與透鏡相同，則該透鏡是凹透鏡，若發(fā)現(xiàn)像的晃動(dòng)方向與透鏡相反，則該透鏡是凸透鏡（晃）.

教師：大家評(píng)價(jià)一下各種方法的優(yōu)劣，是否有最好的一種方法.

學(xué)生：光學(xué)儀器的規(guī)范要求我們不能直接用手摸，這樣如果在陽(yáng)光下，照的方法就比較好，如果觀察近處書上的字，可以用看或者晃的方法.

教師：沒(méi)有哪種方法是最好的，要根據(jù)實(shí)際的條件情況來(lái)選擇合適的方法.

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)透鏡的結(jié)構(gòu)差異以及對(duì)光的偏折效果不同來(lái)分類.分別從最直觀的結(jié)構(gòu)特征、對(duì)平行光線的作用、成像特點(diǎn)、移動(dòng)方向來(lái)進(jìn)行區(qū)分.根據(jù)師生點(diǎn)評(píng)辨別透鏡的優(yōu)缺點(diǎn)，以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展.

3.4 情景四 透鏡的基本概念和三條特殊光線的融合教學(xué)

概念理解4 焦點(diǎn)、光心、焦距、主光軸的基本概念

教師：我們根據(jù)模糊情況來(lái)選擇透鏡類型，是否所有的透鏡都可以佩戴呢？

學(xué)生：不行，需要了解佩戴透鏡的偏折效果.就像到眼鏡店去配鏡需要了解眼睛近視和遠(yuǎn)視的程度，佩戴合適度數(shù)的透鏡.

教師：我們把凸透鏡放在太陽(yáng)底下，調(diào)節(jié)凸透鏡與地面的距離，可以發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生一個(gè)最小最亮的點(diǎn)，這是什么原因？

學(xué)生：凸透鏡對(duì)光有會(huì)聚作用，將平行光偏折相交于一點(diǎn)，因?yàn)槭撬泄鈺?huì)聚在一起，所以特別亮.

教師：如果將引火之物放在最小最亮點(diǎn)上，物體能引燃，這個(gè)點(diǎn)光學(xué)上稱為焦點(diǎn)，用F表示.我們知道當(dāng)光發(fā)生折射現(xiàn)象時(shí)，垂直入射界面時(shí)，光線的方向不變，采用類比思維，凸透鏡的折射現(xiàn)象中是否有這種情況？

學(xué)生：我們可以用平行光線，從上到下依次平移，的確找到在透鏡的中心點(diǎn)，光的傳播方向保持不變，偏轉(zhuǎn)光的傳播角度對(duì)準(zhǔn)中心，觀察光的傳播情況（如圖7所示）.

教師：通過(guò)雙凸透鏡的兩個(gè)球面的球心的直線叫主光軸.

概念理解5 透鏡有兩個(gè)焦點(diǎn)，并且兩個(gè)焦點(diǎn)到光心的距離相等

教師：實(shí)驗(yàn)演示：凸透鏡通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，左邊用三條激光，右邊會(huì)聚成一個(gè)亮點(diǎn)，然后右邊也用三條激光，左邊也會(huì)聚成一個(gè)亮點(diǎn)，實(shí)焦點(diǎn)有兩個(gè)，到光心的距離相等，這距離我們可以稱為什么？

學(xué)生：焦距，用f表示.

教師：凹透鏡的光線是發(fā)散的，無(wú)法會(huì)聚于一點(diǎn).采用類比思維，平面鏡成的像也不是實(shí)際光線形成的，而是反射光線的反向延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，這樣形成的像稱為虛像，那么凹透鏡折射后的反向延長(zhǎng)線也交于一點(diǎn)，我們可以稱之為什么？

學(xué)生：虛焦點(diǎn)（如圖7所示）.也可以采用上面凸透鏡的方式來(lái)驗(yàn)證兩個(gè)虛焦點(diǎn)到光心的距離相等.

概念理解6 透鏡的三條特殊光線

教師：凸透鏡的特殊光線1，演示凸透鏡在太陽(yáng)光下能形成一個(gè)最小最亮的光斑，請(qǐng)大家根據(jù)上述情景畫出其中一條光線的光路圖.

學(xué)生：因?yàn)樘?yáng)離地球比較遠(yuǎn)，光可以近似為平行光，畫出平行于主光軸的光線，最小最亮相當(dāng)于把折射光經(jīng)過(guò)這個(gè)點(diǎn).即平行于主光軸的光，經(jīng)過(guò)凸透鏡后，過(guò)焦點(diǎn).

教師：凸透鏡的特殊光線2，根據(jù)光路可逆性原理，如果這邊有一條過(guò)焦點(diǎn)的光線，經(jīng)過(guò)凸透鏡后會(huì)怎樣？（演示實(shí)驗(yàn)，與之前的光路重合）

學(xué)生：過(guò)焦點(diǎn)的光經(jīng)過(guò)凸透鏡折射后，平行于主光軸射出.

教師：凸透鏡的特殊光線3，剛才大家在找到光心的時(shí)候，也發(fā)現(xiàn)一個(gè)特殊現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)光心的各條光線，方向不變射出.

學(xué)生：過(guò)光心的光線傳播方向不變.

設(shè)計(jì)意圖：焦點(diǎn)、光心、焦距和主光軸表面上是零碎的概念，其實(shí)有著密切的聯(lián)系，三條特殊光線也涉及到過(guò)焦點(diǎn)、過(guò)光心、平行主光軸，所以兩部分是密不可分.對(duì)點(diǎn)、距離、線的命名完全符合數(shù)學(xué)的表示方法.更是從定性的分類到定量探究透鏡的數(shù)據(jù)，來(lái)逐步完成透鏡的準(zhǔn)確配置來(lái)解決視線模糊問(wèn)題.

3.5 情景五 學(xué)以致用

在冰天雪地想要點(diǎn)火，如何制作冰棱鏡并使用它來(lái)取火？

通過(guò)取火目的要求制作冰棱鏡為凸透鏡，在磨制過(guò)程要中間厚邊緣薄，會(huì)聚陽(yáng)光，讓太陽(yáng)光平行于主光軸，將引火之物放在焦點(diǎn)處.

車內(nèi)、森林內(nèi)部不能留裝水的礦泉水瓶，你如何向長(zhǎng)輩們解釋？

裝水的礦泉水瓶相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，遇到陽(yáng)光照射，會(huì)把平行的太陽(yáng)光會(huì)聚在焦點(diǎn)，容易引燃車內(nèi)的坐墊或森林中的枯草，造成火災(zāi).

設(shè)計(jì)意圖：基于真實(shí)情景的習(xí)題評(píng)估，有利于學(xué)生結(jié)合所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)解釋發(fā)生的現(xiàn)象.評(píng)估學(xué)生的理解程度有兩個(gè)指標(biāo)：第一是釋義，就是用自己的語(yǔ)言說(shuō)明做出什么推論以及為什么做出這樣的推論，就是通常給出的準(zhǔn)確的證明和理由.第二是遷移，就是將所學(xué)應(yīng)用到新的情境中（即遷移）.不僅要給出答案，還要給出理由，并且他們應(yīng)該能夠?qū)⒆罱鶎W(xué)的知識(shí)應(yīng)用到新的相關(guān)情境中去.

4 教學(xué)效果和反思

20世紀(jì)90年代，由斯賓塞基金資助的零點(diǎn)項(xiàng)目和哈佛大學(xué)教育研究生院提出了 “為理解而教”，倡導(dǎo)理解的教學(xué)逐漸成為國(guó)際教育研究的趨勢(shì).在科學(xué)教育領(lǐng)域，概念理解具有整體性、層次性和精細(xì)化三大特征.本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)以解決視線模糊的真實(shí)情景驅(qū)動(dòng)為教學(xué)主線，對(duì)“透鏡”基本概念（焦點(diǎn)、光心、焦距、主光軸）的字面理解和深度含義為重點(diǎn)突破，并將基本概念與透鏡的三條特殊光線融合層析.

4.1 基于學(xué)生前概念的評(píng)估為出發(fā)點(diǎn)

學(xué)生在日常生活中，已經(jīng)積累很多正確的或者錯(cuò)誤的、完整的或者片面的、淺層的或者深層次的前概念，這些前概念往往成為學(xué)習(xí)新概念的基礎(chǔ)，只有正確評(píng)估學(xué)生前概念，才能更好地實(shí)施概念理解的層次性.可以分為以下三個(gè)階段對(duì)概念進(jìn)行理解.

第一階段：學(xué)生要么先將學(xué)習(xí)內(nèi)容死記硬背下來(lái)，這些概念并沒(méi)有活化，被封存在知識(shí)體系的角落中，不能很好地得到解釋和釋義.

第二階段：調(diào)動(dòng)已有經(jīng)驗(yàn)，盡可能地運(yùn)用與當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容相似的、已領(lǐng)會(huì)的知識(shí)，學(xué)生自主應(yīng)用往往還具有一定困難.

第三階段：經(jīng)過(guò)類比、遷移、轉(zhuǎn)換等科學(xué)思維逐步培養(yǎng)，積極地拓展知識(shí)體系，有意識(shí)地去選擇和建構(gòu)模型，形成合適的 “錨點(diǎn)”，立足思維發(fā)展，能做到理解層次的洞察與移情.

4.2 采用科學(xué)方法區(qū)塊鏈為整體推進(jìn)

在教學(xué)中科學(xué)方法的運(yùn)用有兩種方式：第一種是以某種科學(xué)方法為主體，其他科學(xué)方法輔助，比如在研究地球、宇宙和空間科學(xué)中經(jīng)常會(huì)采用模擬實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法來(lái)組織教學(xué)中概念的建構(gòu)和理解;在概念定義中會(huì)使用比值定義法等.第二種是多種科學(xué)方法并沒(méi)有主次之分，采用區(qū)塊鏈整合的方式來(lái)推進(jìn).比如以 “類比遷移—模型建立—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”為思維主線來(lái)研究、描述、實(shí)施、總結(jié)和檢驗(yàn)科學(xué)現(xiàn)象，從而揭示研究對(duì)象的本質(zhì)屬性，達(dá)到概念的整體化理解.

4.3 采用科學(xué)方法隱性與顯性相結(jié)合

科學(xué)方法的隱性教學(xué)雖然能在潛移默化的過(guò)程中滲透，但科學(xué)方法種類較多，有些方法未明確定義和解讀，學(xué)生容易混淆[3].更涉及到科學(xué)方法出現(xiàn)的頻率和是否引起學(xué)生共鳴等問(wèn)題，隱性教學(xué)的周期長(zhǎng)，見效慢.而科學(xué)方法的顯性教學(xué)，容易讓科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法兩者剝離，讓思維的教學(xué)成為無(wú)根之水.所以采用科學(xué)方法隱性與顯性相結(jié)合的方式，在隱性教育階段滲透科學(xué)方法的形式、程序，使學(xué)生切身感受探究過(guò)程，體會(huì)科學(xué)方法的內(nèi)涵;在探索過(guò)程結(jié)束之后進(jìn)入顯性教育階段，顯化方法教學(xué)，概括講授科學(xué)方法的名稱、內(nèi)涵、形式、步驟等，使學(xué)生明確地意識(shí)到知識(shí)背后的方法，在知識(shí)傳遞的過(guò)程中，體悟到科學(xué)方法的精髓，理解概念的內(nèi)涵和外延[4].

以科學(xué)方法促進(jìn)概念理解的教學(xué)設(shè)計(jì)，有效整合分類、轉(zhuǎn)換、類比、實(shí)驗(yàn)等科學(xué)方法的思想，提高學(xué)生問(wèn)題解決能力和科學(xué)探究能力，在注重掌握知識(shí)與能力為載體的基礎(chǔ)上，讓理解意義和學(xué)會(huì)遷移落地生根.在解決真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中逐漸建構(gòu)和剖析概念，通過(guò)對(duì)學(xué)科核心概念的理解來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[5].

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉徽.設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)單元——讀《理解為先模式——單元教學(xué)設(shè)計(jì)指南（一）》[J].現(xiàn)代教學(xué)，2018（09）：76-79.

[3]巫亞珍.初步探討初中物理探究教學(xué)中滲透科學(xué)方法的教育[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2008.

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[5]彭紅艷.新課程背景下中學(xué)物理教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)[J].中學(xué)物理，2009，27（18）：42-44.

（收稿日期：2021-03-04）