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        基于實驗方案設(shè)計與優(yōu)化的課堂深度學(xué)習(xí)
        ——以“探究光的反射定律”為例

        2022-05-07 10:34:56
        物理通報 2022年4期
        關(guān)鍵詞:金屬板法線入射光

        薛 梅

        (南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初級中學(xué) 江蘇 南京 210019)

        課堂中學(xué)生活動表面化、思維淺層次的學(xué)習(xí)狀態(tài)將會影響學(xué)生對物理概念的理解和應(yīng)用,要改變這種學(xué)習(xí)狀態(tài),關(guān)鍵是改進(jìn)課堂教學(xué)設(shè)計,從課堂教學(xué)的起點提升課堂教學(xué)的質(zhì)量,促進(jìn)學(xué)生學(xué)科思維能力的養(yǎng)成.本文以初中物理“探究光的反射定律”為例[1],展示基于“深度學(xué)習(xí)”相關(guān)理論的教學(xué)設(shè)計.

        1 分析教材

        傳統(tǒng)的學(xué)生實驗器材如圖1所示,平面鏡水平放置,一塊標(biāo)有刻度的金屬板豎直地立于平面鏡上,并卡在凹槽內(nèi),無法折疊.演示用器材設(shè)計相對好些,金屬板B可以繞接縫ON向前或向后翻折,來探究反射光線、入射光線和法線是否在同一平面內(nèi).

        圖1 光的反射傳統(tǒng)實驗器材

        (1)平時依據(jù)教材內(nèi)容設(shè)計學(xué)生活動,存在以下問題

        1)金屬板面與平面鏡垂直放置,課本上是直接告知的,學(xué)生并不理解為什么,所以當(dāng)金屬板面與平面鏡鏡面不垂直時,入射光束貼著金屬板入射時,認(rèn)為反射光束依然在金屬板上.

        2)法線是實驗前信息快遞告知的,學(xué)生對法線的作用理解并不深刻,描述結(jié)論經(jīng)常將法線丟了.

        3)入射光方向只能在金屬板所在的平面內(nèi)改變.

        4)當(dāng)金屬板B向后折時,金屬板B上看不到反射光束,認(rèn)為反射光束消失了.

        (2)引發(fā)了筆者對于課堂教學(xué)有效性的4點思考

        1)要實現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)是什么?

        2)怎樣設(shè)計活動對于實現(xiàn)這些目標(biāo)效果更佳?

        3)學(xué)生能從活動中學(xué)到什么?

        4)該學(xué)習(xí)活動要發(fā)展學(xué)生哪些方面的技能?

        2 實驗改進(jìn)

        物理實驗是觀察、操作和思維互為影響的活動過程,實驗教學(xué)不是研究有多少知識點,而是研究在知識點上有多少思維點,這就要求教師能有意識地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握思維點,讓學(xué)生學(xué)會思考.為了促使學(xué)生深度思維升階,筆者對“探究光的反射定律”實驗教學(xué)進(jìn)行了如下改進(jìn).

        2.1 學(xué)生自制并改進(jìn)實驗器材

        改進(jìn)器材1:如圖2(a)所示,透明的塑料罐子,罐內(nèi)底部用雙面膠固定一個小平面鏡,蓋子上用電烙鐵或大釘子開小孔,用夾子夾住一小段蚊香放入瓶中.

        圖2 改進(jìn)實驗器材1

        操作方法:如圖2(b)所示,點燃蚊香放入瓶中,幾秒后用激光筆從上方斜射入一束光.

        改進(jìn)器材2:如圖3所示,利用平面鏡、燕尾夾、紙板、量角器、美工刀自制光的反射器.用夾子固定紙板豎直立于水平放置的平面鏡上,紙板可以自由地繞ON轉(zhuǎn)動到與鏡面垂直的不同平面.紙板右側(cè)面剪出弧形,上半部可以向后折,下半部固定不動.

        圖3 改進(jìn)實驗器材2“探究三線共面”

        操作方法:一束激光貼著左邊紙板射向鏡面上的O點,右邊紙板的上半部分向后折,折的部分看不到反射光束,留下的部分依然能看到.

        2.2 創(chuàng)新實驗設(shè)計

        2.2.1 創(chuàng)設(shè)情境 喚醒深度思維

        創(chuàng)設(shè)情境:如圖4所示,學(xué)生利用自制的器材操作實驗,讓光從不同方向斜射向同一入射點,觀察現(xiàn)象,轉(zhuǎn)動觀察的角度,當(dāng)轉(zhuǎn)到某個角度時會發(fā)現(xiàn)反射光束與入射光束重合了.

        圖4 觀察反射光線、入射光線共面現(xiàn)象

        師:你發(fā)現(xiàn)反射光線和入射光線在位置上有什么關(guān)系?

        生:如圖5所示,學(xué)生嘗試用竹簽在花泥上模擬反射光線和入射光線并講解.通過以上實驗觀察說明反射光線和入射光線在同一個平面內(nèi).

        圖5 建立共面的空間概念

        師:你覺得反射光線和入射光線所在的這個面與鏡面是什么關(guān)系?

        生:讓入射光貼著紙板入射,當(dāng)紙板平面與鏡面垂直時,能顯示出入射光束和反射光束,當(dāng)紙板平面與鏡面不垂直時,發(fā)現(xiàn)紙板上只有入射光束,從而說明反射光線和入射光線所在的這個平面與鏡面垂直.

        設(shè)計意圖:課本上紙板面與鏡面垂直是直接告知的,但是對抽象思維處于較低水平的初學(xué)物理的學(xué)生來說,只有通過實驗這一橋梁,在豐富的感性材料基礎(chǔ)上,再用竹簽在花泥上,模擬光反射模型,能在學(xué)生頭腦中建立光反射的空間概念,使學(xué)生對光反射現(xiàn)象的認(rèn)識從感性上升到理性.

        2.2.2 模型建構(gòu) 滲透思維方法

        創(chuàng)設(shè)情境:如圖6所示,動畫顯示反射光束和入射光束所在的3個與鏡面垂直的面.

        圖6 建立法線

        師:你發(fā)現(xiàn)什么?

        生:通過觀察,學(xué)生發(fā)現(xiàn)三面共線,且這根線與鏡面是垂直的.

        師:我們將這根線稱為法線.

        設(shè)計意圖:經(jīng)歷了上述法線建立的過程,讓學(xué)生明白鏡面的法線不只是數(shù)學(xué)上的“輔助線”作用,它實際的作用是用來確定反射光線和入射光線的空間位置關(guān)系的,有法線所在的這個平面一定是跟鏡面垂直的.

        3 反思創(chuàng)新 引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)

        3.1 探究活動后的兩個思考題

        課堂的探究活動結(jié)束了,但是我們應(yīng)該思考學(xué)生還能有更好的思維發(fā)展嗎?引導(dǎo)學(xué)生“反思創(chuàng)新”,則是進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的高階思維訓(xùn)練.在完成光的反射定律的探究活動后,筆者給學(xué)生留了兩個思考題:

        (1)如果沒有法線你會如何描述反射定律?

        (2)你覺得法線的建立有什么好處?

        3.2 在思考題回答中引領(lǐng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)

        學(xué)生思考后以文字形式回答.筆者認(rèn)真分析了學(xué)生的深度思考,總結(jié)如下:

        3.2.1 思考題(1)的回答

        1)光反射時,反射光線與入射光線在與鏡面垂直的同一平面內(nèi).

        2)光反射時,反射光線與入射光線分居于兩光線夾角平分線的兩側(cè).

        3)光反射時,反射光線與鏡面的夾角與入射光線與鏡面的夾角相等.

        4)入射光線與鏡面的夾角和反射光線與鏡面的夾角相等且θ≤90°.

        5)特殊情況:垂直入射時,反射光線、入射光線與鏡面的夾角都為θ=90°,反射光線、入射光線合為一線.

        3.2.2 思考題(2)的回答

        1)法線是反射光線和入射光線夾角的角平分線,引入法線的作用是為了引入兩角相等做必要的鋪墊,為了更好地探究反射角與入射角的關(guān)系.

        2)可以讓人們知道反射光線與入射光線確定的平面與鏡面是垂直關(guān)系.

        3)法線的引入,可以更好地確定反射光線的位置,并且有且只有一條.

        4)觀察現(xiàn)象時多一個參照物,總結(jié)結(jié)論時更加方便,更好地描述現(xiàn)象.

        5)為了更好地將正確的光路在光路圖中顯示出來.

        6)將線與面的關(guān)系轉(zhuǎn)換成了線與線的關(guān)系.

        學(xué)生在描述結(jié)論時注意到學(xué)科融合將數(shù)學(xué)的知識應(yīng)用到了物理中,而且在思考以上問題時必然會回顧實驗內(nèi)容以及反復(fù)閱讀課本內(nèi)容,并將自己的想法與課本內(nèi)容對比,這樣可以促進(jìn)學(xué)生對知識的深層加工,深度學(xué)習(xí)也在學(xué)生的回顧、分析、比較的過程中得以實現(xiàn).

        物理是一門以理論為導(dǎo)向、以實驗為基礎(chǔ)、理論和實驗相互統(tǒng)一的自然科學(xué).學(xué)習(xí)物理知識,邏輯思維很重要.讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)的目的就是為了培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的物理素養(yǎng)和形成物理觀念的能力,為其終身發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)[2].

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