知識(shí)在實(shí)踐活動(dòng)中構(gòu)建 思維在問題求解中進(jìn)階

楊濤

摘 要：本文旨在創(chuàng)設(shè)故事情境，激活認(rèn)知需求，喚醒學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí).開展問題串求解活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐探究欲望和體驗(yàn).巧借習(xí)題教學(xué)，生成錯(cuò)誤資源，誘導(dǎo)學(xué)生暴露錯(cuò)誤前概念，產(chǎn)生對(duì)錯(cuò)誤認(rèn)知的批判意識(shí)與糾偏意愿，以準(zhǔn)確把握科學(xué)概念的內(nèi)涵與外延，發(fā)展學(xué)生的高階思維能力.同時(shí)，注重問題引領(lǐng)和過程性評(píng)價(jià)反饋，旨在提升物理課堂教學(xué)實(shí)效，增強(qiáng)知識(shí)學(xué)習(xí)的情感價(jià)值與意義.

關(guān)鍵詞：透鏡;深度教學(xué);認(rèn)知需求;認(rèn)知沖突;認(rèn)知體驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ? ? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）16-0046-04

基金項(xiàng)目： 徐州市教育科學(xué)規(guī)劃辦公室立項(xiàng)的個(gè)人課題“中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)適切性和有效性研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：G202022）.

作者簡(jiǎn)介：楊濤（1992-），男，江蘇盱眙人，本科，中小學(xué)二級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐優(yōu)化創(chuàng)新.

從深度學(xué)習(xí)走向深度教學(xué)，以深度教學(xué)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的必然選擇.深度教學(xué)是以發(fā)展學(xué)生高階思維為目標(biāo)，基于整合知識(shí)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，通過對(duì)學(xué)習(xí)過程的深度參與和情感投入，達(dá)成對(duì)知識(shí)完整而深刻的處理，引導(dǎo)學(xué)生從符號(hào)學(xué)習(xí)走向?qū)W科思想和意義的理解和掌握，并導(dǎo)向?qū)W科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的教學(xué).它力求克服學(xué)生對(duì)知識(shí)的表層學(xué)習(xí)、表面學(xué)習(xí)和表演學(xué)習(xí)，以及對(duì)知識(shí)的簡(jiǎn)單占有和機(jī)械訓(xùn)練的局限性.追求學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)涵的深度理解和透徹把握，并能在面對(duì)實(shí)際問題時(shí)實(shí)現(xiàn)有效遷移與創(chuàng)新運(yùn)用，達(dá)成個(gè)人知識(shí)的意義建構(gòu)、科學(xué)思維的提升以及綜合能力與內(nèi)在素養(yǎng)的培育.

下面就以義務(wù)教育蘇科版物理教材八年級(jí)上冊(cè)第四章第2節(jié)“透鏡”教學(xué)為例，闡述如何在課堂教學(xué)中實(shí)施深度教學(xué)、促進(jìn)深度學(xué)習(xí).

1 創(chuàng)設(shè)故事情境，點(diǎn)燃思索熱情，引發(fā)意義學(xué)習(xí)

加拿大渥太華大學(xué)教育學(xué)院的Timothy J.Stanley教授提出：“深度教學(xué)需要從學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)背景出發(fā)，建立知識(shí)教學(xué)與學(xué)生文化背景的聯(lián)系.”

創(chuàng)設(shè)故事情境：將一支高強(qiáng)度激光筆、一塊遮擋板、一只內(nèi)藏糖果的黑色薄皮氣球，吸附在黑板上，氣球位于擋板之后.

教師：嗜甜的黑色氣球星人盜走了地球上的“甜蜜因子”，致使人類陷入了悶悶不樂之中.現(xiàn)急需在咱班組建一支善于思考的精英部隊(duì)，使用這臺(tái)高強(qiáng)激光炮（僅能轉(zhuǎn)動(dòng)炮口，不能移動(dòng)炮臺(tái)），對(duì)躲在高山背后的氣球星人，實(shí)施精準(zhǔn)打擊，重新奪回“甜蜜因子”，你想加入嗎？

問題1：激光炮目前無法直接命中氣球星人的原因是什么？背后隱含著什么光學(xué)原理？

設(shè)計(jì)意圖：恰如一位德國學(xué)者的妙喻：“將15g鹽放在你面前，無論如何你都難以下咽，但如果把這15g鹽放入一碗美味可口的湯里，你會(huì)不知不覺地在享用佳肴時(shí)，將15g鹽全部吸收了.”引人入勝的情境之于教育，猶如湯之于鹽.基于初中生的身心發(fā)展規(guī)律及其興趣所在，創(chuàng)設(shè)與其認(rèn)知水平相適切，且更富認(rèn)同感的趣味情境，才能真正激發(fā)學(xué)生的參與熱情.置身問題情境中，喚醒學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí).以此為起點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)新的問題，打破原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，激活學(xué)生內(nèi)在的認(rèn)知需求，為新舊知識(shí)搭建聯(lián)系的橋梁，讓新知在原知識(shí)體系上穩(wěn)固生長(zhǎng)，自然而然地融入學(xué)生的認(rèn)知圖式.

給學(xué)生三種輔助法器：平面鏡、凸透鏡、凹透鏡，讓其思考并嘗試借助法器，擊中擋板后的氣球，獲得糖果.

問題2：借助平面鏡擊中氣球星人的光學(xué)原理是什么？

問題3：借助另外兩件法器，擊中氣球星人的光學(xué)原理又是什么？

設(shè)計(jì)意圖：行為科學(xué)研究表明，人具有“需求—?jiǎng)訖C(jī)—行為—滿足”的行為規(guī)律表現(xiàn)模式.當(dāng)中學(xué)生認(rèn)知需求被激活，應(yīng)順勢(shì)組織實(shí)施能讓其更具成就感與獲得感體驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生在自主思考、親身實(shí)踐、解決情境問題的過程中，獲得精神上的滿足，并從改變光路的原理角度，初步認(rèn)識(shí)透鏡，感知透鏡與平面鏡的區(qū)別.

2 體驗(yàn)連串活動(dòng)，達(dá)成思維進(jìn)階，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

深度教學(xué)是深度體驗(yàn)性的教學(xué)，要注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)于各種關(guān)系的切身體會(huì)、對(duì)于自身充沛情感的投入體驗(yàn)以及積極思維過程的感知.

活動(dòng)1 初步觀察，描述特征，構(gòu)建概念

學(xué)生觀察、對(duì)比在之前情境中所用的透鏡，如圖1所示，描述它們?cè)谕庥^結(jié)構(gòu)上的特征.培養(yǎng)學(xué)生善于觀察的習(xí)慣，提高概括表述能力.在此基礎(chǔ)上，師生協(xié)作，初步構(gòu)建凸透鏡和凹透鏡概念.教師引導(dǎo)學(xué)生觀察凹凸兩字，巧借漢字字形，有效鞏固記憶.

活動(dòng)2 立足概念，觸摸甄別，深入領(lǐng)會(huì)

給每位學(xué)生提供另外兩種在外觀上難以直接用肉眼觀察區(qū)分的透鏡，如圖2所示.使其基于新構(gòu)建的透鏡概念，作進(jìn)一步思考，交流討論，得出除了直接觀察外，用手觸摸也能辨別透鏡的類型.以此加深學(xué)生對(duì)于透鏡概念的認(rèn)識(shí).

活動(dòng)3 即練反饋，消除誤解，靈活分辨

在活動(dòng)1、2中所使用的透鏡，本質(zhì)上都屬于雙凸、雙凹型透鏡，這容易給部分學(xué)生造成一種片面的認(rèn)識(shí)：“凸透鏡必須兩面皆凸起;凹透鏡必須兩面皆凹陷”.為了讓學(xué)生走出思維誤區(qū)，對(duì)透鏡的概念形成全面且清晰的認(rèn)識(shí).給學(xué)生提供一組異形透鏡，如圖3所示，讓其加以區(qū)分.以便學(xué)生可以將透鏡概念，由表層機(jī)械記憶轉(zhuǎn)入深層理解應(yīng)用，亦為平時(shí)靈活識(shí)別日常生活中的特殊透鏡的類型做鋪墊.

活動(dòng)4 聯(lián)系實(shí)際，制造困境，想方設(shè)法

教師：實(shí)際生活中，為保護(hù)光學(xué)元件，一般嚴(yán)禁用手直接觸摸透鏡.此時(shí)，又該怎樣區(qū)分圖2中的透鏡類型？

實(shí)驗(yàn)一：通過透鏡觀察物體.此過程可以充分發(fā)揮中學(xué)生愛玩的天性，不囿于教材所設(shè)的近距離限制.

若被觀測(cè)物體距透鏡較近，通過凸透鏡，看到的物體的像是放大的，如圖4所示;通過凹透鏡，看到物體的像是縮小的，如圖5所示.為便于比較，可以給學(xué)生分發(fā)圖示的對(duì)比觀察紙.

若被觀測(cè)物體距透鏡較遠(yuǎn)，通過凸透鏡，看到的物體的像是倒立的;通過凹透鏡，看到物體的像是正立的.

實(shí)驗(yàn)二：探究透鏡對(duì)光的作用.

教師借助投影光，做如圖6、圖7所示的演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，初步得出凸透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用和凹透鏡對(duì)光的發(fā)散作用.

教師為各組提供煙箱、常規(guī)透鏡、拉伸變焦式LED強(qiáng)光手電、三線光源和柱形透鏡，讓學(xué)生小組合作研討，自主選擇所需器材，嘗試設(shè)計(jì)多種方案，親自驗(yàn)證透鏡對(duì)光的作用，促成知識(shí)的深度內(nèi)化，如圖8、圖9、圖10所示.嘗試對(duì)上述各種判別透鏡類型的方法的優(yōu)劣做初步評(píng)估.在此基礎(chǔ)上，完成辨別放大鏡、近視眼鏡、遠(yuǎn)視眼鏡（老花鏡）所用的透鏡類型.

設(shè)計(jì)意圖：深度教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的豐富性、沉浸性和層進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的過程價(jià)值和實(shí)踐屬性.通過開展一系列問題求解活動(dòng)，環(huán)環(huán)相扣、步步深入，不斷引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，激起進(jìn)一步探究的欲望.同時(shí)，教師要合理引導(dǎo)，善于傾聽，并能及時(shí)在活動(dòng)進(jìn)程中，給予學(xué)生良性的反饋和評(píng)價(jià)，以營造寬松的研學(xué)環(huán)境，促成合作互動(dòng)的適學(xué)模式，讓學(xué)生在樂于參與、積極實(shí)踐、主動(dòng)思考、勇于創(chuàng)造的良好氛圍中，逐步達(dá)成思維進(jìn)階，提升綜合能力.

3 刻意布局設(shè)陷，暴露錯(cuò)誤概念，有效突破難點(diǎn)

在科學(xué)概念得以建構(gòu)之前，受環(huán)境的長(zhǎng)期作用與影響，學(xué)生已經(jīng)形成大量的經(jīng)驗(yàn)型認(rèn)識(shí).但有些經(jīng)驗(yàn)型認(rèn)識(shí)，存在一定的片面性，不足以反映事物的本質(zhì)規(guī)律，甚至還有可能存在科學(xué)性錯(cuò)誤，成為隱藏在學(xué)生思維深處的頑固前概念，對(duì)科學(xué)概念的構(gòu)建產(chǎn)生負(fù)遷移.因此，為了讓學(xué)生暴露錯(cuò)誤的前概念，主動(dòng)破除“會(huì)聚光束即會(huì)聚作用，發(fā)散光束即發(fā)散作用”等難以撼動(dòng)的錯(cuò)誤執(zhí)念，如圖11所示，首先為學(xué)生設(shè)置甲、乙兩道典型習(xí)題，以引發(fā)內(nèi)省.

問：基于對(duì)會(huì)聚和發(fā)散作用的認(rèn)識(shí)，你認(rèn)為在圖11甲、乙的矩形框中，應(yīng)各自放入哪種透鏡？

教師：請(qǐng)使用手邊器材，對(duì)你的判斷加以驗(yàn)證.

子曰：“不憤不啟，不悱不發(fā).”在學(xué)生發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生要重新修正認(rèn)知的意愿后，教師針對(duì)圖11習(xí)題，并再現(xiàn)“小組合作自主實(shí)驗(yàn)2”中出現(xiàn)的一些光路圖，啟發(fā)引導(dǎo)，學(xué)生總結(jié)歸納得出：對(duì)會(huì)聚或發(fā)散作用的判定，并不取決于折射光束的類型，而取決于折射光線與對(duì)應(yīng)的入射光線的比較.若折射光線比入射光線更加靠近主光軸，則為會(huì)聚作用;若折射光線比入射光線更加遠(yuǎn)離主光軸，則為發(fā)散作用.即：光路總是向著透鏡厚的部分偏折.

學(xué)生再自主閱讀課本中“會(huì)聚和發(fā)散的奧秘”部分，借已知來理解未知，揭開凸透鏡的會(huì)聚作用以及凹透鏡的發(fā)散作用的奧秘.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)過程，是一種不斷克服“迷思概念”，逐步同化、順應(yīng)，再達(dá)成新平衡的復(fù)雜過程.同時(shí)，學(xué)習(xí)也是經(jīng)驗(yàn)的逐步積累、經(jīng)由反思而提升能力的過程，學(xué)生深度學(xué)習(xí)的達(dá)成必須經(jīng)歷反思性學(xué)習(xí)以及批判思維能力的發(fā)展.因此，教師應(yīng)巧思妙設(shè)，合理“布局設(shè)陷”，讓學(xué)生看清思維中的“迷思概念”，主動(dòng)暴露出錯(cuò)誤的“前概念”，引發(fā)認(rèn)知沖突，激起更為強(qiáng)烈的“欲探求事物本質(zhì)屬性與科學(xué)規(guī)律”的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，助力科學(xué)思維往深度和廣度發(fā)展，完成對(duì)錯(cuò)誤前概念的自主糾偏和對(duì)科學(xué)概念的深度構(gòu)建，有效突破教與學(xué)的難點(diǎn).

4 突出學(xué)生主體，培養(yǎng)遷移能力，倡導(dǎo)學(xué)以致用

學(xué)生深度學(xué)習(xí)的真正發(fā)生，需要建立在教師深度教學(xué)與有效引導(dǎo)之上.而深度教學(xué)強(qiáng)調(diào)在知識(shí)處理過程中，要對(duì)知識(shí)的形式理解進(jìn)入意義理解的深度.這就要求教師在教學(xué)實(shí)施過程中，突出學(xué)生主體地位的同時(shí)，更要發(fā)揮好自身的主導(dǎo)作用，立足知識(shí)深層次理解和有效處理，來引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí).

學(xué)生自學(xué)課本“焦點(diǎn)與焦距”的相關(guān)內(nèi)容.隨后，教師請(qǐng)學(xué)生代表上臺(tái)，以小教師的身份，用演示器材，示范找出柱形凸透鏡的焦點(diǎn)，并測(cè)出其焦距，如圖12所示.隨后，教師補(bǔ)充演示，當(dāng)平行光未平行于凸透鏡主光軸入射時(shí)，折射光線也有可能交于一點(diǎn)的情況，如圖13所示.但該點(diǎn)并非焦點(diǎn)，從而強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于焦點(diǎn)的正確認(rèn)識(shí).

問題1：參考上述實(shí)驗(yàn)，并喚醒學(xué)生兒時(shí)玩放大鏡的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步思考，如何利用太陽光，測(cè)量手持式凸透鏡的焦距？

搭建以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)作為思維的腳手架，學(xué)生才能領(lǐng)悟：“正對(duì)著”凸透鏡的目的，是要讓太陽光平行于凸透鏡的主光軸;“最小最亮”的光斑的位置，即為焦點(diǎn)的位置.

問題2：觀察圖12所示的三條入射光線，有何共同特征？觀察圖12所示的三條折射光線，又有何共同特征？

問題3：若一束光恰好通過焦點(diǎn)入射，經(jīng)凸透鏡折射以后，將會(huì)怎樣出射？請(qǐng)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想.

問題4：你能否用已經(jīng)學(xué)過的光學(xué)原理，對(duì)如圖14所示的現(xiàn)象做出合理的解釋？

問題5：若再有一只點(diǎn)光源，你能否設(shè)法獲得平行光？如何操作？進(jìn)而思考，前后拉伸LED強(qiáng)光手電燈頭的目的是什么？

問題6：再觀察圖14所示的情景，你又有什么新的發(fā)現(xiàn)？

師生總結(jié)歸納凸透鏡的三條特殊光線.在此基礎(chǔ)上，教師適當(dāng)點(diǎn)撥，學(xué)生再結(jié)合課本圖片，對(duì)凹透鏡進(jìn)行探究和驗(yàn)證，難度將大為減小.

設(shè)計(jì)意圖：由自主學(xué)習(xí)指導(dǎo)親身實(shí)踐，用親身實(shí)踐檢驗(yàn)自主學(xué)習(xí).以更好地將知識(shí)整合、內(nèi)化，并有效遷移至新情境中.與此同時(shí)，教師要注重多使用生活化的實(shí)際問題，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和思維動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤反饋.既落實(shí)了學(xué)以致用的理念，也為教師的教學(xué)反思指明了方向，更加強(qiáng)物理與生產(chǎn)生活的聯(lián)系.

5 結(jié)語

本節(jié)課以深度教學(xué)與深度學(xué)習(xí)的相關(guān)理念為指導(dǎo)，通過創(chuàng)設(shè)趣味故事情境，建立起有意義學(xué)習(xí)的起點(diǎn);讓學(xué)生滿懷求知的愿望，經(jīng)歷問題求解過程，從光學(xué)原理角度，初識(shí)透鏡;通過開發(fā)一系列實(shí)驗(yàn)資源，并

設(shè)計(jì)問題鏈思維載體，幫助學(xué)生在充分體驗(yàn)、合作交流、自主探究、展示評(píng)估的基礎(chǔ)上，深探透鏡，達(dá)成對(duì)科學(xué)概念和自然規(guī)律的深度構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效遷移與創(chuàng)新運(yùn)用;同時(shí)，巧借經(jīng)典習(xí)題，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，生成教學(xué)資源，揭示學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，培養(yǎng)其批判性思維;并在整個(gè)教學(xué)過程中，適時(shí)滲透表現(xiàn)性評(píng)價(jià)，豐富學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的情感獲得.實(shí)踐表明，整節(jié)課學(xué)生的研學(xué)興趣濃厚，對(duì)實(shí)踐活動(dòng)的參與度高，思維活躍的程度以及思維展開的深度明顯高于平常，而且能夠切實(shí)感受到學(xué)生的愉悅與滿足，深度教學(xué)的效果顯著.

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（收稿日期：2021-04-27）