曹蘊(yùn)瑞 申 潔

（蘇州市振華中學(xué)校，江蘇 蘇州 215000）

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，所以物理學(xué)習(xí)離不開真實(shí)的實(shí)驗(yàn)研究與體驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)發(fā)現(xiàn)都是推動(dòng)思維不斷提升的動(dòng)力.初中學(xué)生正處于從形象思維向抽象思維過渡的關(guān)鍵時(shí)期，初中物理學(xué)習(xí)更需要從實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象出發(fā)，聚焦實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的思維能力.2018年9月習(xí)總書記在世界公眾科學(xué)素質(zhì)促進(jìn)大會(huì)上指出科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力.蒸汽機(jī)的發(fā)明把人類帶進(jìn)了蒸汽時(shí)代，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的發(fā)明把人類帶進(jìn)了電氣時(shí)代，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和普及將人類帶進(jìn)了信息時(shí)代，每一次創(chuàng)新都是推動(dòng)人類文明向前邁進(jìn)的基石.所以，物理學(xué)科教學(xué)的目標(biāo)應(yīng)定位于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才.筆者經(jīng)過一線教學(xué)實(shí)踐探索，嘗試通過合理的教學(xué)途徑逐步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.在實(shí)踐總結(jié)的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為物理學(xué)科能力發(fā)展的重要途徑是體驗(yàn)，探究，創(chuàng)新.這也是物理學(xué)習(xí)應(yīng)有的方式.本文以筆者參加2020年江蘇省初中物理優(yōu)秀課評(píng)比獲一等獎(jiǎng)的“平面鏡”一課的為例，淺談基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的3個(gè)方面.

1 創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，在情境體驗(yàn)中深化對(duì)平面鏡的認(rèn)識(shí)

課堂教學(xué)的精心設(shè)計(jì)體現(xiàn)在真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)中，而創(chuàng)設(shè)能引發(fā)認(rèn)知沖突的問題情境有助于深化學(xué)生的認(rèn)識(shí).比如：平面鏡這節(jié)課的課題引入，筆者嘗試創(chuàng)設(shè)了“真假燭焰”的問題情境，在玻璃板前放置一支點(diǎn)燃的蠟燭，板后放置兩支蠟燭，一支在像的位置不點(diǎn)燃（如圖1），另一只在邊上點(diǎn)燃，看到3支點(diǎn)燃的蠟燭，但只有兩支能將火柴引燃.通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生對(duì)物和像有新的認(rèn)識(shí).在解謎的環(huán)節(jié)通過抽拉板發(fā)現(xiàn)抽板——燭焰消失（如圖2），推板——燭焰出現(xiàn)這一現(xiàn)象對(duì)情境進(jìn)行了深化（如圖3），把沖突的關(guān)鍵聚焦到玻璃板（平面鏡）上，自然過渡到本節(jié)課課題研究和新課學(xué)習(xí).在這里的實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)可以對(duì)學(xué)生的前概念誤區(qū)起到一定的矯正作用.讓學(xué)生在體驗(yàn)過程中意識(shí)到像落在玻璃板后面的蠟燭上，從而對(duì)科學(xué)概念的建構(gòu)起到促進(jìn)作用.也為后面的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)做鋪墊.情境在這里起到了橋梁的作用，給學(xué)生科學(xué)概念的建構(gòu)提供了跨越的支撐.課堂教學(xué)的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的進(jìn)行都有賴于情境的創(chuàng)設(shè).

圖1 “真假燭焰”情境

圖2 抽板燭焰消失

圖3 推板燭焰出現(xiàn)

2 豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在活動(dòng)中促進(jìn)科學(xué)探究能力和科學(xué)思維水平的提升

這節(jié)課的設(shè)計(jì)主要在以下3個(gè)方面對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力進(jìn)行培養(yǎng)：① 如何進(jìn)行猜想和假設(shè)；②如何培養(yǎng)問題意識(shí)；③ 如何收集證據(jù).

2.1 基于經(jīng)驗(yàn)和體驗(yàn)進(jìn)行猜想假設(shè)

課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)猜想應(yīng)該基于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和課堂上的觀察體驗(yàn)，通過教學(xué)活動(dòng)情境的設(shè)計(jì)讓學(xué)生在感性認(rèn)識(shí)中暴露出前概念.比如：將玻璃板前的蠟燭前后左右移動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生觀察玻璃板后燭焰的變化，同時(shí)讓學(xué)生嘗試表述觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而讓學(xué)生體驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)“像在板后，像隨物動(dòng)”（如圖4）；再請兩位學(xué)生當(dāng)場體驗(yàn)照鏡子的動(dòng)態(tài)過程（如圖5），人向鏡面靠近時(shí)，觀察像有哪些變化并進(jìn)行表述.學(xué)生的直覺體驗(yàn)是“近大遠(yuǎn)小，物近像近”.從而自然生成了“像的大小會(huì)隨物體到鏡面的距離變化而變化嗎？”這一探究課題.這些基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)和體驗(yàn)的認(rèn)知呈現(xiàn)，為科學(xué)探究提供了鋪墊，也是學(xué)生探究學(xué)習(xí)活動(dòng)的起點(diǎn).通過觀察和表述現(xiàn)象這一教學(xué)過程鍛煉了學(xué)生的觀察能力和語言表述能力，從經(jīng)驗(yàn)和體驗(yàn)生成猜想，引發(fā)探究.

圖4 像隨物動(dòng)

圖5 照鏡子體驗(yàn)

2.2 培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，在解決問題的過程中提升思維

在器材的選擇和比較中可以培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，讓學(xué)生在解決問題的過程中提升思維，強(qiáng)化對(duì)學(xué)習(xí)資源的優(yōu)化選擇.器材有選擇性，課才有開放性，思維才有生成性.當(dāng)學(xué)生用鏡子發(fā)現(xiàn)確定虛像位置出現(xiàn)困難時(shí)，會(huì)聯(lián)想到引入實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的玻璃，此時(shí)筆者提供透明玻璃和貼膜玻璃給學(xué)生選擇和比較，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)透明玻璃中棋子的像很暗，沒有貼膜玻璃效果清晰，這是為什么呢？當(dāng)學(xué)生將此時(shí)的發(fā)現(xiàn)與燭焰在玻璃板中能形成的清晰的像進(jìn)行現(xiàn)象對(duì)比后自然會(huì)生成思考，找到原因——主要是由于光線強(qiáng)弱的不同.然后讓學(xué)生思考解決方案，如何使透明玻璃板中棋子的像更清晰？學(xué)生自然而然想到對(duì)棋子增加光照或者減弱玻璃板后面的光強(qiáng).這其實(shí)就是做中思，做中學(xué)的過程.在棋子的設(shè)計(jì)改進(jìn)上，用黑色吸管設(shè)計(jì)制作了不對(duì)稱的“黑帽子”（如圖6），目的是讓學(xué)生在探究過程中襯托和強(qiáng)化物像對(duì)稱的現(xiàn)象.不一定每個(gè)學(xué)生都能發(fā)現(xiàn)這里的機(jī)關(guān)，但如果有學(xué)生發(fā)現(xiàn)左右不對(duì)稱那更能說明平面鏡成像的對(duì)稱性.教學(xué)過程的設(shè)計(jì)不一定都要顯性化，有些隱性設(shè)計(jì)可以給學(xué)生創(chuàng)造更多探究的可能性.

圖6 “黑帽子”棋子

2.3 通過采集數(shù)據(jù)、收集證據(jù)培養(yǎng)實(shí)證意識(shí)，使探究學(xué)習(xí)有層次、有臺(tái)階.

在探究實(shí)驗(yàn)的過程中培養(yǎng)學(xué)生邊觀察邊記錄數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí).基于學(xué)生關(guān)于平面鏡成的像有“近大遠(yuǎn)小”的猜想，教師可以更有針對(duì)性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié).同時(shí)，教師應(yīng)考慮到這是8年級(jí)學(xué)生初學(xué)物理首次進(jìn)行的以尋找規(guī)律為目的的探究性實(shí)驗(yàn)，探究能力尚處于起步階段，設(shè)計(jì)能力較弱，所以在實(shí)驗(yàn)表格設(shè)計(jì)中筆者對(duì)物理量的表達(dá)進(jìn)行了細(xì)化，同時(shí)在表格中適當(dāng)留白（如表1），給學(xué)生留出生成空間，有助于學(xué)生在測量后進(jìn)一步思考，確定新的測量對(duì)象得出更多的探究結(jié)論.通過這樣的方式給學(xué)生的表格設(shè)計(jì)過程提供適應(yīng)性臺(tái)階.通過數(shù)據(jù)采集和比較，學(xué)生自然可以糾正前概念的誤區(qū)，得出“像的大小并不隨距離改變而改變”，像與物體始終等大.教師此時(shí)可以生活現(xiàn)象為例簡單說明“近大遠(yuǎn)小”的視覺效果.在數(shù)據(jù)處理的過程中，通過完善表格，分析數(shù)據(jù)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)像與物體的對(duì)稱性，最終得出物像對(duì)稱的特點(diǎn).科學(xué)意識(shí)、科學(xué)觀念、科學(xué)方法和科學(xué)思維的培養(yǎng)可以滲透和貫穿于實(shí)驗(yàn)探究的過程中.

表1 探究像的大小與距離變化的關(guān)系

3 注重學(xué)以致用，發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)，在應(yīng)用實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新能力

學(xué)以致用的觀點(diǎn)是義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中倡導(dǎo)的“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”理念體現(xiàn).基于學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)科已經(jīng)學(xué)過對(duì)稱圖形，得出平面鏡成像特點(diǎn)后筆者讓學(xué)生嘗試根據(jù)對(duì)稱性直接作圖，目的是給學(xué)生一個(gè)思維訓(xùn)練空間，進(jìn)行數(shù)學(xué)方法到物理作圖的遷移，然后通過學(xué)生之間交流評(píng)價(jià)的方式來強(qiáng)化光學(xué)作圖的規(guī)范性，結(jié)合成像特點(diǎn)強(qiáng)化物理圖像模型建立時(shí)的學(xué)科特征，如“虛像用虛線”.對(duì)稱法作圖是本節(jié)內(nèi)容在知識(shí)層面的應(yīng)用，我們還可以把它引申到現(xiàn)實(shí)生活中前擋玻璃的傾斜設(shè)計(jì)，凸顯出知識(shí)在生活中的應(yīng)用價(jià)值.筆者在課堂上呈現(xiàn)的可拆卸式的潛望鏡模型則是技術(shù)層面的應(yīng)用.通過學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)，利用手機(jī)投屏技術(shù)現(xiàn)場展示觀察口的畫面，增強(qiáng)全體學(xué)生的體驗(yàn)感.在此基礎(chǔ)上引發(fā)學(xué)生思考潛望鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)，請學(xué)生先猜一猜其內(nèi)部構(gòu)造，再進(jìn)行現(xiàn)場解剖，利用激光發(fā)射器展示光路，讓學(xué)生在真實(shí)情境中直觀地看到光線模型，為下一節(jié)“光的反射”內(nèi)容的教學(xué)形成鋪墊.充分體現(xiàn)從實(shí)際問題到物理模型的建構(gòu)過程，同時(shí)讓學(xué)生了解光學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的意識(shí).學(xué)以致用的價(jià)值在于引領(lǐng)學(xué)生形成從物理走向社會(huì)的意識(shí).

創(chuàng)造力的培養(yǎng)源于體驗(yàn)、實(shí)踐和創(chuàng)新制作的過程.本節(jié)課上筆者嘗試將平面鏡成像的應(yīng)用進(jìn)行拓展延伸，從一面鏡子到兩面鏡子進(jìn)行組合，逐漸減小兩面鏡子的夾角，讓學(xué)生體驗(yàn)成像漸變增多的過程（如圖7），在體味對(duì)稱美的動(dòng)態(tài)過程中形成新的沖突，產(chǎn)生新思考，留下新的探究空間.

圖7 兩面鏡子成像

傳承、熏陶和感染是引發(fā)學(xué)生共情，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的良性循環(huán)方式.在上一個(gè)情境拓展中拋出新問題：當(dāng)兩面鏡子的夾角減小到0°時(shí)，會(huì)看到什么現(xiàn)象？然后展示深邃燈（如圖8）.通過深邃燈的設(shè)計(jì)可以將鏡面成像向無窮遠(yuǎn)處延伸，也將教學(xué)向遠(yuǎn)處延伸，給學(xué)生留下更多可思可探的空間.課堂教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)為學(xué)生提供更多可能才能讓學(xué)生有更多見識(shí)、獲得更多啟發(fā)，激發(fā)學(xué)生的好奇心，形成更多的模仿意識(shí)，生成嘗試的動(dòng)機(jī).由此產(chǎn)生的內(nèi)驅(qū)力是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的源動(dòng)力.在學(xué)生躍躍欲試的狀態(tài)下，給學(xué)生器材，他們會(huì)迫不及待地去嘗試.在課堂教學(xué)的結(jié)尾環(huán)節(jié)給學(xué)生3面小鏡子制作萬花筒，通過動(dòng)手制作實(shí)踐，帶給學(xué)生更大的收獲和成就感.此教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通過自制教具和學(xué)生自制學(xué)具的呈現(xiàn)，讓學(xué)生在震撼的視覺體驗(yàn)中感受創(chuàng)意為生活帶來的驚喜.課堂結(jié)尾筆者設(shè)計(jì)了選擇性創(chuàng)意設(shè)計(jì)作業(yè)作為應(yīng)用拓展：① 設(shè)計(jì)制作簡易潛望鏡或完善萬花筒的設(shè)計(jì)，將制作過程寫成一份微報(bào)告.②深入探究雙面鏡成像個(gè)數(shù)與鏡面夾角的關(guān)系，形成一份探究報(bào)告.目的是將探究和設(shè)計(jì)理念從課堂延伸到課外，從實(shí)踐層面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

圖8 深邃燈

真正的學(xué)習(xí)源于每一次思維活動(dòng)的開展.不是簡單的經(jīng)驗(yàn)復(fù)制，而是學(xué)生自身知識(shí)體系的建構(gòu)和完善，是學(xué)生基于真實(shí)問題情境的體驗(yàn)、思考、探究、應(yīng)用、創(chuàng)新…核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)溶于每一個(gè)豐富靈動(dòng)的課堂內(nèi)外.