基于問題鏈的初中物理實(shí)驗教學(xué)設(shè)計①
——以“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”為例

王永剛

(甘肅省岷縣城郊初級中學(xué)，甘肅 定西 748400)

1 引言

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》(以下簡稱課標(biāo))指出：科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式，科學(xué)探究涉及提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計實(shí)驗與制定計劃、進(jìn)行實(shí)驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作等要素。在初中物理實(shí)驗教學(xué)中，把教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化成問題，把這些問題根據(jù)邏輯關(guān)系構(gòu)成問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，可以促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展，幫助學(xué)生形成物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，從而發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。本文以人教版“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”的教學(xué)為例，展示教學(xué)設(shè)計過程。

2 教材和學(xué)情分析

“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”是課標(biāo)規(guī)定的學(xué)生必做實(shí)驗，對本實(shí)驗的要求是：通過實(shí)驗，探究平面鏡成像時像與物的關(guān)系，知道平面鏡成像的特點(diǎn)及應(yīng)用。[1]本節(jié)內(nèi)容是學(xué)生在學(xué)習(xí)了光的反射規(guī)律后的實(shí)驗探究課，所研究的現(xiàn)象與規(guī)律貼近實(shí)際生活，讓學(xué)生在教師的帶領(lǐng)、啟發(fā)下，經(jīng)歷一個相對完整的科學(xué)探究過程，了解科學(xué)探究的基本要素。

學(xué)生對平面鏡很熟悉，知道物體放在平面鏡前會成像，但是對于平面鏡成像特點(diǎn)不一定清楚。通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具有一定的科學(xué)探究能力，為本節(jié)課探究平面鏡成像的特點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。

3 教學(xué)目標(biāo)的確定

依據(jù)課標(biāo)要求、教材內(nèi)容的安排和學(xué)生學(xué)情，筆者從物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面確定了如下教學(xué)目標(biāo)。

(1) 物理觀念

① 描述平面鏡成像的特點(diǎn)；

② 知道平面鏡成像的規(guī)律。

(2) 科學(xué)探究

① 根據(jù)情境，提出問題：平面鏡成像時，像的位置、大小跟物體的位置、大小有什么關(guān)系？

② 結(jié)合情境，提出科學(xué)猜想和假設(shè)。

③ 依據(jù)猜想和假設(shè)選擇實(shí)驗器材，設(shè)計實(shí)驗方案。

④ 根據(jù)實(shí)驗方案進(jìn)行實(shí)驗、收集證據(jù)。

⑤ 對收集到的信息進(jìn)行簡單的歸類比較，經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實(shí)驗中歸納、總結(jié)科學(xué)規(guī)律的過程，總結(jié)出平面鏡成像的特點(diǎn)。

⑥ 合理分工，相互合作，具有團(tuán)隊意識，能表述自己的觀點(diǎn)。

(3) 科學(xué)思維

① 能根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)推理，得出平面鏡成像的特點(diǎn)。

② 會用平面鏡成像的規(guī)律作圖，建構(gòu)平面鏡成像的模型。

③ 通過探究，感受等效替代方法在科學(xué)探究中的應(yīng)用。

(4) 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，具有安全意識。

4 教學(xué)過程設(shè)計

4.1 激趣導(dǎo)入

教師在玻璃板前放一支點(diǎn)燃的蠟燭，在玻璃板后放一個大燒杯，恰好使蠟燭的像成在燒杯中。從學(xué)生的角度看，燒杯中也有一支蠟燭在燃燒。

師：如果我往燭焰上澆水，會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？

生：燭焰會被澆滅。

教師往玻璃板后面的“燭焰”上澆水，提醒學(xué)生注意觀察現(xiàn)象，學(xué)生看到水不斷地澆在燭焰上，直到燒杯里的水滿了，燭焰被淹沒在水中，但是燭焰仍然沒有熄滅。

師：澆滅了沒有？

生：沒有。

師：為什么沒有澆滅呢？

教師請幾位同學(xué)上來觀察，告訴大家謎底。

生：后面根本就沒有蠟燭，更別說點(diǎn)燃的蠟燭了。

師：對！后面根本就沒有蠟燭，沒上來看的同學(xué)可能不相信，沒關(guān)系，讓我們通過今天的學(xué)習(xí)，弄清楚我們看到的“澆不滅蠟燭”到底是怎么回事，通過科學(xué)探究來總結(jié)平面鏡成像的特點(diǎn)。

設(shè)計意圖：通過演示與學(xué)生生活經(jīng)驗似乎不相符的實(shí)驗，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，進(jìn)而激起學(xué)生求知的欲望，順利引入課題，讓學(xué)生知道物理知識是從生活中來的，體現(xiàn)了“從生活走向物理”的課程理念，同時為接下來的探究中用玻璃板來代替平面鏡埋下伏筆。

4.2 自主學(xué)習(xí)

4.2.1 根據(jù)情境，進(jìn)行猜想與假設(shè)

教師讓學(xué)生拿平面鏡觀察自己在平面鏡中所成的像，討論以下問題：

(1) 通過觀察，你發(fā)現(xiàn)自己在平面鏡中所成的像和自己的大小有什么關(guān)系？

(2) 當(dāng)你遠(yuǎn)離或者靠近平面鏡時，像到平面鏡的距離是如何變化的？

(3) 你在平面鏡中成的像是倒立的還是正立的？

(4) 讓另一位同學(xué)到平面鏡后面看，能不能看到你的像？

學(xué)生體驗并且討論老師提出的問題。

在問題鏈的引導(dǎo)下，學(xué)生體驗活動，師生共同猜想：平面鏡所成的像可能是正立、等大的虛像，像到平面鏡的距離可能與物體到平面鏡的距離相等。

師：如何知道我們的猜想到底對不對呢？

生：通過實(shí)驗證明。

師：請利用桌上的實(shí)驗器材，設(shè)計實(shí)驗方案和數(shù)據(jù)記錄表格。

4.2.2 根據(jù)猜想，設(shè)計方案

學(xué)生閱讀課本，小組內(nèi)交流合作，設(shè)計實(shí)驗方案和表格。

教師觀察各組制定實(shí)驗方案的情況，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的正確做法和不足之處，為后面的點(diǎn)評、解疑環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)，力求對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程做到基于證據(jù)的評價，注重過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合。

設(shè)計意圖：為了在教學(xué)中做到“提問有依，猜想有據(jù)，設(shè)計有方，改進(jìn)有法，評價有思，交流有想”，在重視證據(jù)、尋找證據(jù)、解釋證據(jù)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。用問題鏈引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生做基于證據(jù)的猜想，在做出猜想和假設(shè)后讓學(xué)生閱讀教材，制定實(shí)驗方案，由此培養(yǎng)學(xué)生閱讀文本和合作交流的能力。

4.3 交流展示

教師請兩個小組的同學(xué)分別上臺，展示他們設(shè)計的實(shí)驗方案，其他組同學(xué)注意和自己組的實(shí)驗方案進(jìn)行對比，指出他們做得好的地方和需要改進(jìn)的地方。

設(shè)計意圖：教師選擇兩個具有代表性的小組上臺展示實(shí)驗方案，先讓有改進(jìn)之處的小組展示，暴露出容易出現(xiàn)的問題，讓其他組的學(xué)生提出改進(jìn)辦法，加深學(xué)生對易錯點(diǎn)的印象。然后讓方案制定得較好的一組上臺展示，起到示范的作用。

4.4 點(diǎn)評解疑

教師引導(dǎo)學(xué)生分小組試著找像，用另一支蠟燭代替平面鏡前面的那支蠟燭所成的像。

師：請談一下找像的感受。

生：從平面鏡前看，鏡子后面有一個像，可是當(dāng)我們拿著另一支蠟燭嘗試去和像重合時，在鏡子后面卻看不到像。

師：我們在鏡子前面看到的像是反射光線的延長線的會聚，不是實(shí)際光線的會聚，這樣的像叫虛像。如何才能既在前面看到鏡子后面那個像，又能看到鏡子后面那支用來代替像的蠟燭呢？讓我們一起來找一下。

教師演示實(shí)驗，拿出一塊厚茶色玻璃，事先用長尾夾在一面夾上牛皮紙，在玻璃前點(diǎn)燃一支蠟燭，這時只能在玻璃前看到蠟燭的像，卻看不到玻璃后面的蠟燭，當(dāng)老師取掉夾在玻璃后面的牛皮紙時，既可以看到在玻璃后面的像，又能看到用來代替像的另外一支蠟燭。

這時學(xué)生恍然大悟，知道在此實(shí)驗中為了便于找像，可用玻璃板代替平面鏡，可是當(dāng)老師用另一支蠟燭代替像的時候，發(fā)現(xiàn)玻璃板后面有兩個像。

師：我們到底要讓后面這支蠟燭和哪個像重合更合理呢？為什么會出現(xiàn)兩個像？

學(xué)生思考、討論，教師拿出一塊很薄的玻璃板替換掉那塊較厚的玻璃板，發(fā)現(xiàn)玻璃板后面只有一個像，很容易用另一支蠟燭代替前面蠟燭的像，這時，老師告訴學(xué)生：剛才看到兩個像，是因為所用的玻璃板比較厚，前后兩個面各成一個像，現(xiàn)在換用比較薄的玻璃板，前后兩個面所成的像幾乎重合，我們就會較容易地用另一支蠟燭代替它的像。

解決了同學(xué)們的疑惑后，老師引導(dǎo)學(xué)生動手實(shí)驗，收集數(shù)據(jù)，提醒他們實(shí)驗時注意安全，防止?fàn)C傷，及時記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)總結(jié)出實(shí)驗結(jié)論。

設(shè)計意圖：(1) 適時地對學(xué)生進(jìn)行鼓勵，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生有獲得感、成就感，關(guān)注過程評價在課堂教學(xué)中的重要作用。(2) 用問題鏈引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生在體驗的基礎(chǔ)上理解虛像的意義。體會用玻璃板代替平面鏡的原因，知道該實(shí)驗中要盡量選取薄的玻璃板代替平面鏡，理解用另一支蠟燭代替平面鏡前那支蠟燭的像時運(yùn)用了等效替代法。通過板書畫出平面鏡成像的原理圖，建構(gòu)平面鏡成像的模型，促進(jìn)學(xué)生對虛像的理解，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，突破難點(diǎn)。(3) 關(guān)注學(xué)生共性的、普遍容易出現(xiàn)的錯誤，提醒學(xué)生注意記錄數(shù)據(jù)，要求學(xué)生規(guī)范、安全地做實(shí)驗。

4.5 練習(xí)總結(jié)

4.5.1 布置練習(xí)

教師請同學(xué)們以小組為單位，重做“澆不滅的蠟燭”實(shí)驗，并嘗試解釋平面鏡后面的那支蠟燭澆不滅的原因，完成教材“動手動腦學(xué)物理”欄目的第2題。

設(shè)計意圖：通過設(shè)計具有實(shí)踐性的練習(xí)題，判斷學(xué)生能否實(shí)現(xiàn)知識遷移，據(jù)此檢驗學(xué)生對學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度，同時讓學(xué)生知道物理知識在生活中是有用的，踐行“從物理走向社會”的課程理念。

4.5.2 課堂小結(jié)

讓學(xué)生交流本節(jié)課的收獲，師生一起總結(jié)本節(jié)課所學(xué)到的知識和方法。

設(shè)計意圖：通過課堂小結(jié)，使學(xué)生學(xué)到的知識結(jié)構(gòu)化，加深記憶，起到鞏固強(qiáng)化的作用。

5 教學(xué)反思

以問題鏈為主線，圍繞“知識從哪里來、知識是什么、知識有什么用”三個方面設(shè)計實(shí)驗教學(xué)，體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。

構(gòu)建“激趣導(dǎo)入、自主學(xué)習(xí)、交流展示、點(diǎn)評解疑、練習(xí)總結(jié)”五環(huán)節(jié)的初中物理實(shí)驗教學(xué)，通過新奇實(shí)驗現(xiàn)象的導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、求知欲，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生知道知識從生活中來，通過問題探明學(xué)生的前概念，做到精準(zhǔn)教學(xué)；用問題鏈引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)猜想，通過閱讀文本、小組合作設(shè)計實(shí)驗、進(jìn)行實(shí)驗驗證的自主學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生明白為什么要做實(shí)驗；通過實(shí)驗、收集證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，鍛煉學(xué)生的動手能力，促進(jìn)學(xué)生對轉(zhuǎn)換法、控制變量法、等效替代法等科學(xué)方法的理解，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展，幫助學(xué)生形成物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任；交流展示可以培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力，暴露學(xué)生容易出現(xiàn)的錯誤，使教師的點(diǎn)評、解疑有的放矢，做到精準(zhǔn)點(diǎn)評；練習(xí)即課后評價，無錫市梁溪區(qū)教師發(fā)展中心的張世成老師把它叫后測，認(rèn)為后測是用證據(jù)的方式來判斷學(xué)習(xí)目標(biāo)是否達(dá)成，這是以學(xué)定教的體現(xiàn)，后測的“靶子”是學(xué)習(xí)目標(biāo)，這個環(huán)節(jié)要基于學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計具有實(shí)踐性的習(xí)題，對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行基于證據(jù)的評價；課堂小結(jié)，可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化，起到鞏固知識的作用。

6 結(jié)語

用問題鏈引導(dǎo)學(xué)生，在教師創(chuàng)設(shè)的情境中，學(xué)生經(jīng)歷提出問題、根據(jù)情境提出猜想和假設(shè)、設(shè)計實(shí)驗和制定計劃、展示交流、優(yōu)化實(shí)驗方案等過程，知道為什么要做實(shí)驗，怎么做實(shí)驗；通過科學(xué)探究，讓學(xué)生知道知識從哪里來，怎樣獲取知識，知識是什么，從而讓初中物理實(shí)驗教學(xué)中的科學(xué)探究更加順暢，科學(xué)探究的要素更加完整，進(jìn)而提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。