楊濤 江蘇省徐州市西苑中學

一、問題的提出

實現(xiàn)知識的有效遷移和靈活應(yīng)用是教學的根本性意義。達成這一目標，對知識的自主建構(gòu)與深度理解是基礎(chǔ)，促進學生的思維進階發(fā)展是關(guān)鍵。而這一切的落實，離不開課堂教學，離不開對教學止于至善的追求。然而，教學始終是一門遺憾的藝術(shù)。如果說學生的學習與認知是一個螺旋上升的過程，那么教師的教學模式與教育觀念，何嘗不是在自我重構(gòu)與優(yōu)化更新的發(fā)展過程中。因此，作為一名有理想信念和教育情懷的教師，理應(yīng)具備“吾日三省吾之教學”的意識。教學目標是什么？路徑與載體是什么？如何科學評估目標的達成度？在不間斷的自我反思與自我批判中，認清以往教學的不足與局限，秉承與時俱進、常研常新的理念，逐步締造愈加完美、和諧的課堂教學，旨在更好地促進學生的深度理解與思維發(fā)展。

下面以筆者2021年5月在《理科考試研究》發(fā)表的一篇教學設(shè)計為例［1］，談?wù)勛约簩@節(jié)實驗探究課教學的新認識。

二、對原設(shè)計環(huán)節(jié)的反思與批判

（一）凸透鏡成像規(guī)律的得出過程

原設(shè)計中，為幫助正處在“具象思維向抽象思維過渡”的中學生，自主歸納出凸透鏡成像的規(guī)律。筆者以游戲點燃探究激情，激勵小組分工合作，尋找倒立縮小和倒立放大的實像，并在像最清晰時，記錄下物距和像距。再以所得數(shù)據(jù)，換取不同顏色的F型軟磁貼（一物一像），如圖1所示，將其吸附在黑板上的對應(yīng)位置，如圖2所示。其中，紅色磁貼代表倒立、縮小的實像，黃色磁貼代表倒立、放大的實像。

圖1 自制各色F型軟磁貼

圖2 吸附好區(qū)域的軟磁貼

完成上述活動后，再通過以下幾個主要問題進行思維牽引。

問1：仔細觀察紅色磁貼所處區(qū)域，當物體處于什么范圍時，凸透鏡能成倒立、縮小的實像？

問2：為什么都處在這個范圍？這個區(qū)間的邊界，有什么特殊的含義？此時，像都處于什么范圍？

問3：仔細觀察黃色磁貼，作為物體的一方，它們都處在什么區(qū)域？此時，像距的范圍又是什么？

自我反思與批判：磁貼游戲設(shè)計最突出的優(yōu)點是，激發(fā)了學生的探究欲和勝負欲，培養(yǎng)了其合作精神，鍛煉了他們實驗操作能力，同時為成像規(guī)律的分析，提供了具象化的數(shù)據(jù)場景，適切了中學生的形象思維。但同時缺點也是明顯的。第一，舍棄了原始數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。學生沒有經(jīng)歷對數(shù)據(jù)的處理過程，加工、分析數(shù)據(jù)的思維能力沒有得到良好的發(fā)展。第二，思維進階梯度設(shè)計欠妥。原始數(shù)據(jù)體現(xiàn)的是物距和像距的直接關(guān)系，但隨后的問題設(shè)置，卻指向了物距、像距與焦距之間的關(guān)系。雖然通過觀察磁貼分布的區(qū)域來確定成像范圍，很直觀，也降低了分析的難度，但思維的躍遷性仍然比較大，尤其是對于中等偏下的學生來說，容易產(chǎn)生思維障礙。另外，它忽視了物距和像距的直接關(guān)系。第三，這種直接觀察的方式，缺乏必要引導，學生容易給出物距和像距正確范圍的真子集，教師還要就突發(fā)事件，設(shè)法幫助學生自主糾偏，干擾教學節(jié)奏、耽誤教學進度。第四，原設(shè)計沒有跳出教師“已學者”的身份，站在“未學者”的立場上思考問題。

（二）兩個特殊位置的出現(xiàn)與凸顯

在得出凸透鏡成倒立、縮小與倒立、放大的實像時，物距、像距與焦距的關(guān)系以后，筆者引導學生啟動邏輯思維，猜想在縮小與放大之間，還可能存在一個什么性質(zhì)的像。通過分析已得結(jié)論，推理出成倒立、等大的實像時，物距、像距與焦距的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，組織學生通過多次實驗，證實自己的猜想和推理。

自我反思與批判：以上處理方式，就原教學設(shè)計而言，過渡自然，能夠讓學生感受到邏輯推理的魅力，有助于發(fā)展學生的邏輯思維能力。但正如“二、（一）”中的反思，這種處理邏輯是建立在先前環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)之上的。因此，前設(shè)環(huán)節(jié)若存在缺陷，后設(shè)環(huán)節(jié)便不可避免要受到一些負面影響。主要表現(xiàn)在：1.同樣忽視了物距和像距間的直接關(guān)系；2.成倒立縮小的實像與倒立放大的實像時，所得范圍存在連續(xù)不等式，初二學生就此推理出“成倒立、等大的實像的范圍”并不容易；3.教學過程沒有凸顯出“二倍焦距”這個特殊位置；4.磁貼的作用并沒有挖掘完全，利用上還不夠合理。

另外，在引出正立、放大的虛像時，筆者在原設(shè)計中是通過人為制造“意外”實現(xiàn)的。具體做法是：在學生得出所有的實像規(guī)律以后，引導其讓F型光源從距凸透鏡較遠處逐次靠近凸透鏡,再逐次調(diào)節(jié)光屏,觀察清晰像的大小及移動方向。

自我反思與批判：由靜到動，將已得規(guī)律串聯(lián)重現(xiàn)，既能讓學生整體感知凸透鏡成實像的規(guī)律，也能就此總結(jié)出“物近像遠像變大”的動態(tài)規(guī)律，還能為后續(xù)虛像的“意外發(fā)現(xiàn)”不著痕跡地埋下伏筆。雖一舉三得，但是卻忽略了對u=f 時的成像情況的探討。與此同時，也沒能夠從多組數(shù)據(jù)的角度，凸顯焦點位置的特殊性，以及“u＜f 時，成正立、放大的虛像”這一結(jié)論的普遍性。另外，串聯(lián)重現(xiàn)的過程，受操作熟練度的影響，連續(xù)性可能并不強，一定程度上還要依賴學生的記憶，對幾次現(xiàn)象進行鏈接，不利于學生對成像情況的整體把握與動態(tài)規(guī)律的直觀感知。

（三）當u=f時，不成像的原因分析

由于原教學設(shè)計本身忽略了對u=f時的成像情況的探討，所以在實際教學時，筆者也只是一句話帶過，更自說自話地告知學生，此時不成像是因為出來了平行光。

自我反思與批判：這種陳述性的教學方式，一方面，沒有尊重和考慮學生的感受，只求學生機械記憶，忽視了知識建構(gòu)的自主性。另一方面，沒有深入挖掘新舊知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學生架起思維的橋梁，促使其在面對新情境時順利遷移。

三、對原設(shè)計環(huán)節(jié)的重構(gòu)與優(yōu)化

（一）對“二、（一）”的重構(gòu)與優(yōu)化

針對反思中提出的不足，筆者在新一輪的教學過程中，對原設(shè)計環(huán)節(jié)進行了重構(gòu)與優(yōu)化。

新版教學設(shè)計繼承了原先的磁貼游戲，但在此基礎(chǔ)上，增加了磁貼的數(shù)量，同時要求學生將所得數(shù)據(jù)錄入Excel 對應(yīng)的表格中。該表已設(shè)置好與條形圖聯(lián)動，只要學生在表格的規(guī)定區(qū)域內(nèi)錄入數(shù)據(jù)，條形圖便會同步顯示物距與像距的關(guān)系，如圖3、4 所示。

圖3 倒立縮小的實像數(shù)據(jù)

圖4 倒立放大的實像數(shù)據(jù)

在表現(xiàn)欲和競爭誘惑的雙重刺激下，所有同學都渴望成為一名“發(fā)現(xiàn)者”。于是組內(nèi)通力合作，組間良性競爭，很快完成了原始數(shù)據(jù)的獲取。由于信息技術(shù)Excel 的介入，原始數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)過程，也是對數(shù)據(jù)進一步直觀化的處理過程。借助表格和圖像兩種呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的方式，兼顧了優(yōu)等生對于數(shù)據(jù)的敏銳觀察力和后進生對數(shù)據(jù)不敏感的問題。在此基礎(chǔ)上，教師通過問題引導，讓學生初步歸納出相應(yīng)的規(guī)律。

問1：觀察所得的多組數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的條形圖，當凸透鏡成倒立、縮小的實像時，物距和像距相比，有什么關(guān)系？

問2：觀察所得的多組數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的條形圖，當凸透鏡成倒立、放大的實像時，物距和像距相比，有什么關(guān)系？

總結(jié)并板書：u＞v，成倒立、縮小的實像；u＜v，成倒立、放大的實像。

上述環(huán)節(jié)完成以后，直接轉(zhuǎn)入“三、（二）”，待學生明確了“二倍焦距”這個特殊位置，并自主歸納出“u=v=2f，成倒立、等大的實像”時，再順勢借助這個突破口，以問題鏈引領(lǐng)學生思維，實現(xiàn)有指向性地觀察磁貼的分布區(qū)域，從而使“u＞2f，f＜v＜2f，成倒立、縮小的實像”、“f＜u＜2f，v＞2f，成倒立、放大的實像”等規(guī)律的進一步得出水到渠成，思維發(fā)展更具層次性和遞進性。教學優(yōu)化過程如下。

師：我們剛剛通過推理和實驗得出，當u=v=2f時，凸透鏡成倒立、等大的實像。再仔細觀察磁貼的分布，如圖5所示，當凸透鏡成倒立、放大的實像時，物體都處在什么區(qū)間以內(nèi)？此時，放大的實像都在哪個位置以外？

圖5 磁貼原始分布

生：一倍焦距和二倍焦距之間；二倍焦距以外。

師：怎樣用數(shù)學符號表示出這個規(guī)律呢？

生：當f＜u＜2f，v＞2f 時，凸透鏡成倒立、放大的實像。

師：凸透鏡成倒立、縮小的實像時，物體都在哪個位置以外？此時，縮小的像都處在什么范圍以內(nèi)？

生：二倍焦距以外；一、二倍焦距之間。

師：怎樣用數(shù)學語言表示出這個規(guī)律呢？

生：當u＞2f，f＜v＜2f時，凸透鏡成倒立、縮小的實像。

總結(jié)并完善板書：u＞v，成倒立、縮小的實像，u＞2f，f＜v＜2f；u＜v，成倒立、放大的實像，f＜u＜2f，v＞2f。

（二）對“二、（二）”的重構(gòu)與優(yōu)化

新設(shè)計遵循適切學生認知、促進學生思維發(fā)展的理念，繼續(xù)引導學生猜想在縮小和放大之間，還可能存在一個什么性質(zhì)的像。但在邏輯推理階段，筆者組織學生分析已得結(jié)論，思考的不再是u、v 與f 之間的關(guān)系，而是u與v之間的直接關(guān)系。同時，進一步發(fā)揮磁貼對于規(guī)律的顯化作用，凸顯出“二倍焦距位置”的特殊性，以誘導學生自己把它找出來。因為能夠切實感知到它的特殊，而將其銘記于心。優(yōu)化后的教學程序如下。

師：凸透鏡既能成倒立、縮小的實像，也能成倒立、放大的實像。那么，在縮小和放大之間，可能存在一個什么性質(zhì)的像？

生：倒立、等大的實像。

師：分析已得結(jié)論，你能否推理出，當物距和像距之間滿足什么關(guān)系時，才能成倒立、等大的實像？

生：u=v。

教師板書：u=v，成倒立、等大的實像？（用紅色粉筆突出這個大大的問號）

師：物距等于像距，這太容易實現(xiàn)了，但只要是物距等于像距，就一定能夠成倒立、等大的實像嗎？

師：請大家利用手邊器材，隨意調(diào)節(jié)一個物距等于像距的情況，看看是不是始終都能成等大的實像？

生：不是。（部分學生能夠在此過程中發(fā)現(xiàn)u=v=2f的條件）

師：請大家再仔細觀察黑板上的磁貼分布情況，紅色磁貼代表倒立、縮小的實像，黃色代表倒立、放大的實像，如圖5所示。

師：從哪個位置（刻度處）開始，成像突然從縮小的實像，過渡到放大的實像了？

生：10cm處。（二倍焦距處）

師：可見這個位置很特殊，它實現(xiàn)了縮小的實像到放大的實像的突變！因此，把光源和光屏分別放在10cm處，可能出現(xiàn)什么性質(zhì)的像？

生：倒立、等大的實像。

師：仔細思考，這個特殊位置的數(shù)值10cm，除了滿足物距恰好等于像距之外，還有什么特別之處？

生：正好等于二倍焦距。

教師完善板書：u=v=2f，成倒立、等大的實像？

然后組織學生利用實驗，并更換焦距不同的凸透鏡反復多次實驗，以驗證猜想和推理，最終去掉問號。

等實像規(guī)律全部探究完成以后，教師再次引導學生觀察磁貼分布，尋找還未探究成像規(guī)律的區(qū)域。組織學生再次實驗，發(fā)現(xiàn)虛像的存在。同時，將各組記錄的物距整理到一起，分析這些數(shù)據(jù)的共性，突出焦點處的特殊。進一步歸納出“虛像同側(cè)正，實像異側(cè)倒；一倍焦距分虛實，二倍焦距分大小”的靜態(tài)口訣。最后，再借助Flash 動畫，流暢呈現(xiàn)“物近像遠像變大”的動態(tài)過程，讓學生的思維由靜到動，連貫起來。

（三）對“二、（三）”的重構(gòu)與優(yōu)化

如果讓學生直接解釋為什么當u=f 時，凸透鏡不能成像。這個問題，只能換來學生長久的沉默，不能再激起學生進一步的思維，因為它沒有給思維提供有效的分析路徑。但是，若能從學生原有的認知結(jié)構(gòu)中選取適宜的生長點［2］，建立新舊知識間的聯(lián)系，學生很大程度上就能實現(xiàn)自主遷移。

如圖6所示，可以先讓學生回顧已經(jīng)學習過的成像事例，如：小孔成像（實像）、平面鏡成像（虛像）、光的折射成像（魚淺圖）的光路圖。觀察它們在成像時，成像光線之間有什么共同特征？再巧借上節(jié)內(nèi)容的書后習題，小燈泡（點光源）放在凸透鏡的焦點處，出射光線是平行光的例子，加以引導。學生不難發(fā)現(xiàn)，無論是何種成像，最終的成像光線都不平行。逆向思維，若最終出射的光線平行，那么它將不能成像。如此建構(gòu)，知識才能真正納入學生原認知圖式，學生的思維才能得到有效的訓練與發(fā)展。

圖6 幾個光路圖

四、對兩次教學實踐的感悟

（一）重視原始素材培養(yǎng)實證意識

在教學設(shè)計時，無論我們采取何種方式，降低學生的思維梯度，都不應(yīng)該忽視對原始現(xiàn)象、原始數(shù)據(jù)的分析和處理。因為越是原始素材，越接近問題的本源。教師應(yīng)該思考的不是怎么用自己的思維，對原始素材進行預降解處理，而是應(yīng)尊重理解的自主性，考慮怎樣才能更好地引導學生本人，對所得的原始素材進行思維加工，從而獲得想要的結(jié)論。知其然更知其所以然，基于證據(jù)學習，培養(yǎng)實證意識，完成知識的意義建構(gòu)。唯有此，學生才能靈活地應(yīng)用知識，并在此過程中不斷發(fā)展個人的證據(jù)思維。

（二）設(shè)計鏈式活動彰顯內(nèi)在邏輯

美國教育心理學家布魯納強調(diào)：“無論我們選教什么學科，都必須使學生理解該學科的基本知識結(jié)構(gòu)?！币龅竭@點，教師就必須要讓學生清楚地認識到知識間的內(nèi)在聯(lián)系。然而，由于課時限制、評價方式單一等因素的影響，目前課堂教學，往往偏重知識點的落實，輕視知識間的邏輯關(guān)系。以至于情境創(chuàng)設(shè)、活動設(shè)計嚴重碎片化，學生習得的是知識碎片，缺乏良好的認知結(jié)構(gòu)，視野狹隘，“只見樹木，不見森林”。因此，教師在教學設(shè)計時，應(yīng)從學生的學習邏輯出發(fā)，努力創(chuàng)設(shè)與實際生活相關(guān)聯(lián)的大情境和能夠體現(xiàn)知識間內(nèi)在聯(lián)系的鏈式活動，以此引領(lǐng)整個教學過程，在潛移默化中促進學生深度學習并形成良好的知識結(jié)構(gòu)。

（三）建立新舊聯(lián)系促進理解遷移

建構(gòu)主義理論認為，學習是以已有經(jīng)驗知識、思維方式為基礎(chǔ)，通過與外界環(huán)境的相互作用，對外部信息進行主動選擇、加工和處理，完成對科學內(nèi)容的意義建構(gòu)，發(fā)展自我認知結(jié)構(gòu)的過程。然而，人的認知發(fā)展過程，總是伴隨著新情境、新問題的出現(xiàn)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)有效遷移，是促進學生可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。這就要求我們在實際教學過程中，應(yīng)注意理解的關(guān)聯(lián)性。［3］注重引導學生將原本彼此孤立的許多事物聯(lián)系起來成為整體，尤其是新舊知識間的內(nèi)在聯(lián)系。另外，切忌只是讓學生去記住一個個孤立的事實性知識或抽象的原理。應(yīng)該引導學生將一個個事實與上位概念或原理相對應(yīng)，或者在面對某個上位概念或原理時，要讓學生盡可能多地列舉出“能夠支撐或者反駁上位概念或原理”的事實。以此，促進學生對于知識的深度理解和遷移能力。