韋 丹 李建鋒

(1.廣東省深圳市龍崗區(qū)龍城高級(jí)中學(xué)教育集團(tuán)寶龍外國(guó)語學(xué)校,廣東 深圳 518172;2.廣東省深圳市龍崗區(qū)龍城天成學(xué)校,廣東 深圳 518172)

義務(wù)教育物理課程目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),要求學(xué)生能在各種復(fù)雜多變的、有意義的、開放的真實(shí)情境中,利用已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),通過不斷實(shí)踐、討論、質(zhì)疑和反思,解決各種復(fù)雜且陌生的問題。[1]物理深度學(xué)習(xí)具有指向物理觀念的概念關(guān)聯(lián)與意義建構(gòu)、形成科學(xué)思維的質(zhì)疑論證與推理建模、注重科學(xué)探究的活動(dòng)設(shè)計(jì)與評(píng)估、觸發(fā)評(píng)價(jià)體系的反思與體悟等特征。[2]深度學(xué)習(xí)是一種培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑,筆者以省級(jí)實(shí)驗(yàn)精品課“平面鏡成像”為例,引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中探究,在探究中構(gòu)建,在構(gòu)建中批判,在批判中遷移,在遷移中應(yīng)用,切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 基于深度學(xué)習(xí)的“平面鏡成像”教學(xué)設(shè)計(jì)

平面鏡成像是生活中常見的物理現(xiàn)象,是在 “光的反射”后的學(xué)習(xí)內(nèi)容,為“凸透鏡成像”的學(xué)習(xí)提供必要的認(rèn)知基礎(chǔ),起到承前啟后的作用。教材給出的實(shí)驗(yàn)方案存在預(yù)設(shè)結(jié)論、刻意引導(dǎo)的痕跡,實(shí)驗(yàn)功能單一,其探究過程的思維容量較小,難以促使學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)。此外,教師往往直接告知平面鏡成像的原理并要求學(xué)生進(jìn)行程序化的作圖訓(xùn)練,學(xué)生只停留在淺層學(xué)習(xí)階段,不能深刻理解其原理。針對(duì)以上問題,筆者圍繞“知識(shí)主線”“問題主線”“活動(dòng)與評(píng)價(jià)主線”和“深度學(xué)習(xí)”,進(jìn)行促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)(圖1)。

圖1

2 基于深度學(xué)習(xí)的“平面鏡成像”教學(xué)實(shí)施

2.1 平面鏡成像規(guī)律的探究

在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境下,利用生成的課堂資源,提出探究任務(wù),驅(qū)動(dòng)學(xué)生深度思考:如何通過建構(gòu)模型來探究平面鏡成像的規(guī)律?

教學(xué)片段1

教師巡視指導(dǎo)學(xué)生的第一次分組實(shí)驗(yàn),根據(jù)教材實(shí)驗(yàn)方案開展探究活動(dòng)。提問:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),你們有什么發(fā)現(xiàn)?

學(xué)生討論、歸納:在一定實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi),像的大小與物的大小相等,像與物到鏡面的距離相等,像與物的連線與鏡面垂直。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差來源。提問:為什么實(shí)驗(yàn)中我們找到的像和物沒有完全對(duì)稱,我們?nèi)绾胃倪M(jìn)實(shí)驗(yàn)來準(zhǔn)確地找到像的位置呢?

學(xué)生討論、分享:蠟燭A與B的體積較大,所以像的位置存在一定誤差,可以通過縮小蠟燭體積來減小實(shí)驗(yàn)誤差。

教師展示自制平面鏡成像儀(圖2),解釋長(zhǎng)桿LED點(diǎn)光源的原理,即任何一個(gè)發(fā)光物體可以認(rèn)為由一個(gè)個(gè)點(diǎn)光源構(gòu)成,將立體的蠟燭簡(jiǎn)化為一個(gè)點(diǎn)光源模型,探究像與物的位置關(guān)系。

圖2

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn):改變長(zhǎng)桿LED點(diǎn)光源從孔中伸出的長(zhǎng)度,如圖3所示,固定一個(gè)孔,使長(zhǎng)桿LED點(diǎn)光源伸出長(zhǎng)度為30 mm,眼睛在鏡前觀察,可看到LED燈在鏡子后面的像,移動(dòng)磁吸式標(biāo)尺,直至與像完全重合,確定LED點(diǎn)光源的位置和磁性標(biāo)識(shí)在鐵桿上的位置。如果LED點(diǎn)光源伸出長(zhǎng)度為 0 mm,可以移動(dòng)小圓磁來探究像與物位置關(guān)系。移動(dòng)LED燈,重做實(shí)驗(yàn),將數(shù)據(jù)記錄在表格中。

圖3

設(shè)計(jì)意圖：在完成教材實(shí)驗(yàn)探究后,教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)誤差來源,運(yùn)用自制實(shí)驗(yàn)器材,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建點(diǎn)光源模型,由立體光源到點(diǎn)光源,為本節(jié)課平面鏡成像的作圖作了有效鋪墊,符合深度學(xué)習(xí)指向物理觀念的概念關(guān)聯(lián)與意義建構(gòu)的特征。

2.2 平面鏡成虛像的驗(yàn)證

教師在講授平面鏡成虛像的原理時(shí),必須將學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)與新知相聯(lián)系,在新舊知識(shí)點(diǎn)間搭建好互相印證的橋梁,才能引導(dǎo)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的意義進(jìn)行有效建構(gòu),撬動(dòng)深度學(xué)習(xí)。

教學(xué)片段2

教師提問:平面鏡成的像是實(shí)像還是虛像呢?我們?cè)撊绾翁骄?

學(xué)生選取合適的實(shí)驗(yàn)材料——光屏,通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析,得出結(jié)論:平面鏡成的是虛像,因?yàn)槠渌傻南駸o法用光屏承接。

教師展示課本的平面鏡成像光路圖,說明:平面鏡成像的本質(zhì)是光的反射。由于人眼總是認(rèn)為光沿直線傳播,所以虛像其實(shí)是由實(shí)際光線的反向延長(zhǎng)線會(huì)聚而成的。

教師再次提問:能否通過實(shí)驗(yàn)確定像的位置并驗(yàn)證平面鏡成像的規(guī)律?

學(xué)生小組操作、作圖并展示,將平面鏡安裝在凹槽中且讓其與垂直平面的“0”刻度線重合。在垂直平面上鋪上坐標(biāo)紙,將LED燈從其中一個(gè)孔伸出1 mm,利用兩只激光器模擬LED燈發(fā)出的兩條入射光線(圖4),根據(jù)光路在坐標(biāo)紙上畫出入射點(diǎn)和兩條反射光線(圖5),畫出反射光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn),確定像的位置。改變LED燈的位置,重做實(shí)驗(yàn),記錄多組數(shù)據(jù),比較物與像的位置關(guān)系,進(jìn)而驗(yàn)證平面鏡成像的規(guī)律。

圖4

圖5

教師演示實(shí)驗(yàn),在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上直接用激光重現(xiàn)反射光線的反向延長(zhǎng)線,通過延長(zhǎng)線的交點(diǎn)確定像的位置,比較像與物的位置關(guān)系(圖6)。

圖6

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生探究平面鏡成虛像的原理,然后讓學(xué)生利用自制實(shí)驗(yàn)器材從平面鏡成像原理逆向驗(yàn)證平面鏡成像的規(guī)律,培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用逆向思維解決實(shí)際問題的能力。該環(huán)節(jié)使學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)與新知識(shí)相互關(guān)聯(lián)、支撐,既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力,又培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決問題的能力,符合深度學(xué)習(xí)的遷移與應(yīng)用的特征。

2.3 平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的拓展

基于實(shí)驗(yàn)解決生活中的真實(shí)問題,能促使學(xué)生在深度思考中提高核心素養(yǎng),而平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的拓展為學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)提供了很好的平臺(tái)。

教學(xué)片段3

教師提問:如果平面鏡與底板不垂直,會(huì)有什么現(xiàn)象?

學(xué)生進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)探究,進(jìn)行交流:通過調(diào)節(jié)旋鈕改變左側(cè)底板與鏡面的夾角,右側(cè)底板保持與鏡面垂直。將發(fā)光的蠟燭豎立在左側(cè)底板上(圖7),發(fā)現(xiàn)無論怎么鏡子后方的蠟燭都無法與前者所成的像重合。將右側(cè)底板調(diào)節(jié)到其與鏡面的夾角跟左側(cè)底板與鏡面的夾角一樣時(shí),才能使右側(cè)底板上的蠟燭與鏡子所成的像重合(圖8)。比較此時(shí)物與像的位置和大小關(guān)系,可再次驗(yàn)證平面鏡成像的規(guī)律。

圖7

圖8

教師提問:為什么小汽車的擋風(fēng)玻璃是傾斜的?

學(xué)生回答:為了使像不成在司機(jī)正前方,如果像成在司機(jī)正前方會(huì)導(dǎo)致司機(jī)看不清前方景象,容易引起交通事故。

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)置情境,聯(lián)系生活,利用擋風(fēng)玻璃的設(shè)計(jì)原理持續(xù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,體現(xiàn)了“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”的課程理念,實(shí)驗(yàn)探究的拓展也給學(xué)生提供了運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì),彰顯了深度學(xué)習(xí)的遷移與應(yīng)用的特征。

3 總結(jié)與反思

本節(jié)課利用自制的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí),首先通過創(chuàng)設(shè)生活情境,引發(fā)學(xué)生深度思考平面鏡成像的原理,強(qiáng)調(diào)理解與批判,讓學(xué)生積極參與課堂教學(xué)。接著引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用平面鏡成像的原理拓展實(shí)驗(yàn)探究,旨在關(guān)注概念的關(guān)聯(lián)與意義建構(gòu),發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。最后創(chuàng)設(shè)擋風(fēng)玻璃的生活情境,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題,重在遷移與應(yīng)用,拓寬深度學(xué)習(xí)的廣度。