張步青

(江蘇省丹陽市第三中學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212300)

美國學(xué)者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學(xué)設(shè)計》中，界定了“理解”的六個側(cè)面——解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入、自知。我們在平時的教學(xué)中，往往是引導(dǎo)學(xué)生通過實驗探究得出結(jié)論、應(yīng)用知識解決問題，但學(xué)生距真正理解的要求還有很大距離，必須從解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入、自知六個方面進(jìn)行全面思考，才能達(dá)到知識的真理解，這對教學(xué)設(shè)計具有重要意義。筆者以“光的折射”教學(xué)為例，從追求理解的視角闡述教學(xué)設(shè)計。

1 解釋：學(xué)生用自己的語言對知識進(jìn)行闡述

問題：水中的筷子看上去向上翹，原因是什么？

解釋：插入水中的筷子，由于筷子反射的光線從水中斜射入空氣中時，傳播方向發(fā)生了偏折，遠(yuǎn)離法線，折射角大于入射角，所以看到筷子在水中的部分是向上彎折。此時看到的像是筷子的虛像，這是一種折射現(xiàn)象。

杜威在《我們?nèi)绾嗡伎肌芬粫袑懙?“我們看到某個東西在動，猛然聽到某個聲音，聞到某種怪味道，我們就會問這是為什么……當(dāng)我們弄清楚他們所表達(dá)的意思：一只松鼠在跑，兩個人在交談，火藥爆炸散發(fā)出的味道，我們就說我們理解了?！蹦軐栴}或現(xiàn)象進(jìn)行解釋是反映學(xué)生理解所學(xué)知識的最重要的證據(jù)。這里的解釋主要包括兩個方面，一是解釋現(xiàn)象、事實和數(shù)據(jù)，如海陸風(fēng)是如何形成的？電閃雷鳴，我們?yōu)槭裁纯偸窍瓤吹介W電后聽到雷聲？二是闡明意義特征和關(guān)系，例如串并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系，串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個分電阻，這就相當(dāng)于導(dǎo)體的長度變長了，而導(dǎo)體的長度越長電阻越大；并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個分電阻，這就相當(dāng)于導(dǎo)體的橫截面積變大了，導(dǎo)體的橫截面積越大，電阻越小。

2 闡明：學(xué)生理解物理情境和意義

問題：通過畫圖分別說明光從空氣斜射入水中、從水中斜射入空氣中、從水中垂直射入空氣中的折射規(guī)律(圖1)。

圖1

學(xué)生會作圖說明他理解了光折射的規(guī)律，上面這例子是通過作圖來闡明，在物理教學(xué)中還有一種很重要的闡明方式，就是通過語言，教師要注重培養(yǎng)學(xué)生運用物理語言進(jìn)行恰當(dāng)表達(dá)的能力。例如，教師問：“將籃子掛在彈簧測力計的秤鉤上，籃子所受的重力與什么力是一對平衡力？”學(xué)生可能會回答：“拉力。”教師追問：“誰對誰的拉力呢？”學(xué)生應(yīng)該回答：“是彈簧測力計對籃子的拉力?！边@樣的表述才更為完整。在我們平時的課堂上，教師要加強對學(xué)生完整、正確表達(dá)自己觀點的訓(xùn)練，同時還要加強把課本的語言轉(zhuǎn)化為學(xué)生自己的語言，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生想說、敢說的心理素質(zhì)，形成良好的表達(dá)習(xí)慣，為核心素養(yǎng)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

3 應(yīng)用：學(xué)生在真實情境中應(yīng)用知識

問題：王維曾寫過“大漠孤煙直，長河落日圓”的壯美詩句，詩人觀察到的落日并非太陽的實際位置，而是光線經(jīng)過不均勻大氣時發(fā)生了而成的像，太陽實際在圖2中位置。

圖2

解釋：太陽光從接近真空的太空進(jìn)入大氣層時，由于大氣層的密度是不均勻的，會產(chǎn)生折射現(xiàn)象，折射光線會逐漸靠近法線，我們逆著折射光線的方向看，看到比實際位置高的太陽的虛像，所以當(dāng)我們看到太陽即將落山時，它的實際位置已在地平線以下，即圖2中乙的位置。生活中處處有物理，物理知識中也處處有生活的影子。學(xué)習(xí)物理的最終目的就是讓學(xué)生能應(yīng)用所學(xué)的知識去解決生活中的實際問題，讓學(xué)生在面對這些問題的時候，能夠從物理的角度去分析和解決問題。如學(xué)習(xí)了家庭電路之后，學(xué)生應(yīng)該去學(xué)習(xí)用測電筆判定火線和零線。教師要鼓勵學(xué)生在生活中多應(yīng)用物理知識，讓學(xué)生切實感受到物理的實用性。

4 洞察：學(xué)生從不同的視角看問題，采取批判的態(tài)度，進(jìn)行整體把握

小慧在做光的折射規(guī)律實驗時偶然發(fā)現(xiàn)：當(dāng)激光從水中斜射向空氣中時，當(dāng)入射角增大到一定角度時，折射光線會消失，只剩下反射光線(圖3)。這到底是什么原因呢？

圖3

盡管初中物理教材中沒有提及這一現(xiàn)象，但該同學(xué)勇于以批判的態(tài)度提出問題，通過查閱資料，她終于明白了其中的奧妙，原來是光的折射中的全反射現(xiàn)象。當(dāng)光線從水中射向空氣時，通常有一部分光進(jìn)入空氣，稱為折射光，另一部分光反射回水中，稱為反射光。水的折射率大于空氣的折射率，即光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大時，折射角也增大，但折射角先增大到90°，此時折射光消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象，剛好發(fā)生全反射時的入射角叫作臨界角。當(dāng)入射角大于或等于臨界角時，才會發(fā)生全反射現(xiàn)象。光纖通信就應(yīng)用了光的全反射原理，光導(dǎo)纖維在結(jié)構(gòu)上有內(nèi)芯和外套兩種不同介質(zhì)，內(nèi)芯比外套的折射率大，光從內(nèi)芯傳播到與外套的界面時會發(fā)生全反射現(xiàn)象，從而保證光不會泄漏到光纖外(圖4)。

圖4

學(xué)生學(xué)習(xí)了透鏡對光的作用后，經(jīng)常會將“透鏡對光的會聚作用”與“出射光束為會聚光束”相混淆。在課堂中，老師要通過與學(xué)生一起作圖解釋，最終判定透鏡對光是起會聚作用還是發(fā)散作用，并不是看出射光束是會聚的還是發(fā)散的，而是把不過光心的光線射出的方向與射入的方向相比較，是向主光軸靠近還是遠(yuǎn)離主光軸，向主光軸靠近的透鏡，對光線有會聚作用，是凸透鏡；出射光線遠(yuǎn)離主光軸的透鏡，對光線有發(fā)散作用，是凹透鏡。引導(dǎo)學(xué)生從整體上把握透鏡對光的作用的本質(zhì)。

5 神入：讓學(xué)生站在別人的角度思考問題，感知別人沒有察覺的問題

德國學(xué)者西奧多·立普斯在20世紀(jì)初提出用“神入”這個詞來描述人們?yōu)榱死斫庖槐局骰蛞粓鏊囆g(shù)表演所需要做的事情，神入是一種有意識的行為，試圖找到他人的觀點和行為的合理合情之處和意義所在。物理教學(xué)中的神入不僅可以引導(dǎo)我們重新設(shè)計情境，還可能改變我們的看法。學(xué)生要以開放的心態(tài)看待那些看似奇怪的、難以理解的一些現(xiàn)象，克服自己的習(xí)慣性思維，發(fā)現(xiàn)那些不尋常卻很可能意義重大的問題。

在學(xué)習(xí)了“光的折射”后，小明提出了新的問題：不同物質(zhì)對光的折射能力不同，折射是由什么因素決定的呢？

為了解決小明的疑問，小聰查閱資料，給小明提供了如圖5、表1所示的相關(guān)信息，仔細(xì)觀察圖中的光路，對照表1中的數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：當(dāng)時，折射角小于入射角，反之折射角大于入射角。根據(jù)上述信息，可畫出光從酒精斜射入玻璃時的折射光線。

圖5

表1

分析：由圖5甲知，當(dāng)光從水斜射入玻璃時，折射光線靠近法線，折射角小于入射角，從表1可以看出光在玻璃中的傳播速度小于在水中的傳播速度。

當(dāng)光從玻璃斜射入冰時，折射光線遠(yuǎn)離法線，折射角大于入射角，從表1可以看出，光在冰中的傳播速度大于在玻璃中的傳播速度。

當(dāng)光從冰斜射入空氣時，折射光線遠(yuǎn)離法線，從表1可以看出，光在空氣中的傳播速度大于在冰中的傳播速度。

得出結(jié)論：光從傳播速度大的介質(zhì)斜射入傳播速度小的介質(zhì)時，折射角小于入射角；光從傳播速度小的介質(zhì)斜射入傳播速度大的介質(zhì)時，折射角大于入射角。

圖6

由表1可以看出，光在酒精中的傳播速度大于在玻璃中的傳播速度，所以光從酒精斜射入玻璃中時，折射角小于入射角，可畫出光從酒精斜射入玻璃時的折射光線(圖6)。

6 自知：學(xué)生在知識學(xué)習(xí)后進(jìn)行自我評估

“知人者智也，自知者明也。”人最不理解的是自己。在教學(xué)過程當(dāng)中，我們對促進(jìn)學(xué)生自知力的提升較為漠視，在幫助學(xué)生強化正確認(rèn)知，糾正錯誤觀念方面做得不夠。學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往滿足于記憶，缺少對前后學(xué)習(xí)內(nèi)容的對比，難點研究不深入，所以難以發(fā)現(xiàn)自己在知識上的缺陷和思維上的漏洞，難以達(dá)到很好的自知。在“光的折射”教學(xué)中，筆者以問題驅(qū)動學(xué)生進(jìn)行自我評估。

6.1 自我評估問題

(1) 這節(jié)內(nèi)容與之前學(xué)習(xí)的反射、光的直線傳播有什么關(guān)系？

(2) 我學(xué)習(xí)到了什么？

(3) 我在學(xué)習(xí)這節(jié)內(nèi)容時，用到了哪些方法？

(4) 在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中我的難點在哪？

(5) 這節(jié)課拓展的知識有哪些？我理解了嗎？

6.2 學(xué)生自知

(1) 光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播；當(dāng)光斜射到兩種介質(zhì)的分界面上時，返回原來介質(zhì)的現(xiàn)象是光的反射，進(jìn)入另一種介質(zhì)且傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象是光的折射。

(2) 本節(jié)我學(xué)習(xí)到了光的折射現(xiàn)象、光的折射規(guī)律，光的反射規(guī)律與光的折射規(guī)律的對比如表2。

表2

(3) 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時，我們用到了實驗法、作圖法、推理法、對比法、分析法。

(4) 我的學(xué)習(xí)難點是：會聚作用與會聚光束的聯(lián)系與區(qū)別。

(5) 本節(jié)課的拓展知識有：光的全反射現(xiàn)象；光在不同的介質(zhì)中傳播的速度不同，光的折射能力也不同。

7 結(jié)語

當(dāng)學(xué)生對所學(xué)知識做到能解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入和自知，我們就可以說學(xué)生對所學(xué)知識真正理解了。理解的六個側(cè)面代表了理解的不同層次，它們之間并不是完全割裂的，而是存在相互交叉和重疊的關(guān)系。我們在教學(xué)中應(yīng)不斷在這六個側(cè)面下功夫，去追求“理解”的真落地、知識的真理解。