巧設(shè)創(chuàng)新實驗 促進思維發(fā)展
——以“視力的矯正”教學片斷為例

張雅玲 付麗萍 袁 超

(1. 閩南師范大學物理與信息工程學院,福建 漳州 363000； 2. 龍巖市第一中學錦山學校,福建 龍巖 364000)

1 問題的提出

科學思維是物理核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容.[1]開發(fā)課程資源,巧妙設(shè)計創(chuàng)新實驗是促進學生科學思維發(fā)展的有效途徑之一.“視力的矯正”是司南版8年級物理第4章第6節(jié)“神奇的眼睛”的主要內(nèi)容.這部分內(nèi)容不僅是凸透鏡成像規(guī)律的拓展,更是初中光學知識的重要應(yīng)用.[2]義務(wù)教育物理課程標準(2011年版)對本片斷教學的要求是:了解近視眼和遠視眼的成因和矯正辦法.[3]現(xiàn)行的司南版教材的呈現(xiàn)方式是: ① 通過圖片(如圖1、圖2所示)展示近視眼和遠視眼的成像特點,給出近視眼和遠視眼的定義.教材中關(guān)于近視眼和遠視眼沒有具體實驗,只有兩張圖片,實際教學中發(fā)現(xiàn),學生們在學習的過程中不容易理解近視眼和遠視眼的成因及其成像特點； ② 在視力矯正的實驗環(huán)節(jié)中,教材通過簡單的兩張圖片(如圖3、圖4所示)展示視力矯正的實驗.教學實踐表明,8年級學生的空間思維能力相對薄弱,對如何矯正視力存在認知困難.因此,用真實且可視化的實驗過程來彌補上述不足顯然是個不錯的選擇.[4]

圖1 近視眼成像特點

圖2 遠視眼成像特點

圖3 近視眼的矯正

圖4 遠視眼的矯正

2 以促進科學思維發(fā)展為目標的教學設(shè)計

基于以上分析,筆者以“視力的矯正”教學片斷為載體,以促進學生思維發(fā)展為主線,巧設(shè)創(chuàng)新實驗,進行教學設(shè)計,教學思路如圖5所示.

圖5 “視力的矯正”教學思路

2.1 承上啟下,促進思維開啟

關(guān)于近視眼和遠視眼8年級學生有一定的感性認識,但對近視眼和遠視眼的成因及其成像特點存在著思維障礙.教學中通過動畫復(fù)習正常眼睛看遠近不同的物體的情形(如圖6、圖7所示),引出什么是近視眼的問題,啟迪學生們的思維.

師:通過前面的學習,我們知道正常眼睛之所以能看清遠近不同的物體,為什么呢？

生:正常眼睛有很強的自我調(diào)節(jié)本領(lǐng).

師:這時眼睛的晶狀體在睫狀肌的作用下會發(fā)生什么變化？

圖6 正常眼看近處的物體

圖7 正常眼看遠處的物體

生:看近處的物體時晶狀體變厚,而看遠處的物體時晶狀體變薄.

師:晶狀體通過改變厚薄程度來改變焦距,從而使遠近不同的物體成像在視網(wǎng)膜上.我們的眼睛如此神奇,如果長期不注意用眼會怎樣？

生:近視.

師:那什么是近視眼？該如何矯正呢？下面請同學們兩兩一組,我們通過實驗一起來探究一下.

設(shè)計意圖:通過知識的回顧,關(guān)注學生原有的知識經(jīng)驗,在此基礎(chǔ)上提出問題,激發(fā)學生思考,產(chǎn)生認知需要,開啟學生的思維.

2.2 巧制實驗,促進思維建構(gòu)

2.2.1 任務(wù)1:用自制水透鏡模擬近視眼晶狀體

(1) 自制焦距可變水透鏡:制作流程如圖8所示.首先,將塑料水管及其三通接頭切成大小合適的小圓環(huán)(如圖8甲所示)；然后,用生活中常見的透明塑料膜密封水管兩端做成透鏡(如圖8乙所示)；最后,再用水筆芯把透鏡和裝滿水的礦泉水瓶連接起來(如圖8丙所示),即可做成焦距可調(diào)的水透鏡(如圖8丁所示).用手擠壓瓶子,水就進入水透鏡中,通過改變擠壓瓶子的力度,便可以調(diào)節(jié)水透鏡的焦距.

(2) 模擬正常眼球結(jié)構(gòu)中的晶狀體:手用力擠壓礦泉水瓶,可以模擬睫狀肌緊張用力過程；用礦泉水瓶瓶身模擬眼球結(jié)構(gòu)中的睫狀肌；用水透鏡模擬晶狀體,讓學生體驗睫狀肌緊張程度不同則晶狀體的焦距也不同.

圖8 水透鏡的制作流程

圖9 模擬近視眼晶狀體

(3) 模擬近視眼晶狀體:近視眼是由于睫狀肌長期緊張用力無法恢復(fù)到正常狀態(tài)形成的.筆者在礦泉水瓶的瓶子上夾3個夾子,這時瓶身無法恢復(fù)原狀,用它模擬近視眼的睫狀肌,引導學生觀察此時水透鏡的透鏡部分處于較凸的狀態(tài),模擬近視時的晶狀體(如圖9所示).

設(shè)計意圖:自制的水透鏡取材來源于日常生活用品,制作簡單,實驗現(xiàn)象明顯.學生通過分組體驗,豐富了學生的感性認識,引發(fā)學生思考,幫助學生們理解.

2.2.2 任務(wù)2:用自制實驗裝置模擬近視眼

(1) 自制模擬眼球成像裝置.

將F光源、自制水透鏡和生物實驗室的眼球模型(如圖10所示)設(shè)計成簡單的實驗裝置(如圖11所示).其中,利用眼球模型讓學生理解晶狀體到視網(wǎng)膜的距離是不變的；眼球模型和F光源設(shè)計成高度可調(diào)的儀器,可以方便控制光源、透鏡和光屏在同一高度和同一直線上,使實驗現(xiàn)象更加明顯.

圖10 眼球模型

圖11 模擬眼球成像裝置

(2) 組裝模擬近視眼的實驗裝置.

把模擬近視眼晶狀體的水透鏡放在眼球模型結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)位置,構(gòu)成模擬近視眼的實驗裝置(如圖12所示).

圖12 模擬近視眼的實驗裝置

(3) 創(chuàng)設(shè)實驗情境,引導學生思維建構(gòu).

師:請同學們移動光源,大家發(fā)現(xiàn)了什么？

生:在視網(wǎng)膜上看到了清晰的像.

師:說明了什么？

生:眼睛能看清物體.

師:如果把光屏移到較遠的位置會怎樣呢？同學們不妨試試看.

生:清晰的像變模糊了.

師:這又說明了什么？

生:近視眼只能看清近處的物體,不能看清遠處的物體.

設(shè)計意圖:利用自制模擬近視眼的實驗裝置,創(chuàng)設(shè)學生通過移動光源,體驗近視眼只能看清近處的物體而看不清遠處的物體的真實情境,為學生搭建思維橋梁,幫助學生理解近視眼的概念,讓學生經(jīng)歷觀察實驗現(xiàn)象,歸納總結(jié)的思維活動,以此引導學生進行思維建構(gòu).

2.3 巧設(shè)實驗,促進思維提升

2.3.1 情境1:體驗近視眼的成像特點

圖13 開口眼球模型

8年級學生通過生活經(jīng)驗知道近視眼看不清遠處的物體,但對近視眼的成像特點,學生們存在著迷思點.筆者在模擬近視眼實驗裝置的眼球模型后面巧妙地用鋸條開了個小口(如圖13所示),以便學生尋找到成像的位置.

師:同學們都知道近視眼看不清遠處的物體,遠處的物體成像在哪里呢？請同學們試著找找看.(引導學生用光屏在視網(wǎng)膜前后尋找)

圖14 近視眼的成像特點

生:(很驚奇)在視網(wǎng)膜前方(如圖14所示).

師:想想看,正常人眼把物體成像在哪里？

生:視網(wǎng)膜上.

2.3.2 情境2:近視眼的矯正

師:遠處的物體把像成在視網(wǎng)膜前方,說明了什么？

生:光線在視網(wǎng)膜前方就會聚成像了.

師:如果要使物體成像在視網(wǎng)膜上,應(yīng)該使光線？

生:發(fā)散.

師:用什么透鏡能實現(xiàn)呢？

生:凹透鏡.

師:請同學們擰開瓶蓋,輕輕擠壓瓶身,再蓋緊瓶蓋,觀察到了什么？

生:礦泉水瓶由于要恢復(fù)形狀會將透鏡中的水往下吸,這時的水透鏡成了“凹透鏡”.

師:請同學們把制作好的“凹透鏡”放在近視眼裝置的前方(如圖15所示),同學們發(fā)現(xiàn)了什么？

圖15 近視眼矯正的實驗裝置

生:視網(wǎng)膜上看到了清晰的像.

師:沒找到的同學請輕輕擠壓瓶身調(diào)節(jié)“凹透鏡”的焦距,再重新找找看.

生:(很興奮)找到啦.

師:誰來總結(jié)一下,近視眼用什么透鏡來矯正？

生:凹透鏡.

設(shè)計意圖:視力的矯正是本片斷教學的重難點,單靠教師講解或者簡單的實驗演示是不足以幫助學生掌握重點并突破難點的.[5]筆者在自制模擬近視眼實驗裝置的眼球模型后方巧設(shè)開口,引導學生用光屏在視網(wǎng)膜前后尋找清晰的像,再通過兩兩合作體驗近視眼的矯正方法.教學中利用真實的實驗情境,讓學生經(jīng)歷“觀察-思考-交流表達”的思維過程,促進學生思維的提升.

2.4 巧用實驗,促進思維遷移

2.4.1 情境1:用自制模擬眼球成像裝置模擬遠視眼

如圖16所示,在礦泉水瓶的瓶身夾上兩個夾子模擬遠視眼的“晶狀體”,提醒學生觀察此時“晶狀體”比較薄,再引導學生移動F光源感受遠視眼只能看清遠處的物體而不能看清楚近處的物體.

圖16 模擬遠視眼的實驗裝置

圖17 遠視眼的成像特點

2.4.2 情境2:體驗遠視眼的成像特點

師:遠視眼看不清近處的物體,像又成在哪里呢？同學們再動手找找看.

生:(很興奮)成像在視網(wǎng)膜后方(如圖17所示).

師:對比前面的學習想想看,那又該如何矯正呢？

生:用凸透鏡.

師:誰來說說,為什么？

生:凸透鏡可以使光線會聚呀.

師:很好,凸透鏡可以使光線會聚,從而使物體成像在視網(wǎng)膜上.

2.4.3 情境3:遠視眼的矯正

引導學生用力擠壓瓶身使瓶中的水進入透鏡,把水透鏡制作成“凸透鏡”.再引導學生把做好的“凸透鏡”放在遠視眼裝置的前方,改變擠壓瓶子的力度調(diào)整焦距,在視網(wǎng)膜上重新找到清晰的像(如圖18所示).引導學生歸納總結(jié)遠視眼用凸透鏡矯正.

圖18 遠視眼矯正的實驗裝置

設(shè)計意圖:教學中不僅要引起思維發(fā)生、還要維持思維發(fā)展、也需要促進思維向深度提升.[6]通過對比近視眼學習遠視眼,引導學生基于實驗現(xiàn)象進行分析論證、歸納推理得出結(jié)論,使學生經(jīng)歷“觀察—分析論證—歸納”的思維活動,加深學生對知識的理解,促進思維的遷移,進而提升科學思維能力.

2.5 學以致用,促進思維拓展

通過圖片展示(如圖19所示)及生活實例,引導學生思考保護視力的方法.讓學生認識到不注意用眼會造成近視,給學習、生活帶來很多的不便,啟發(fā)學生意識到平時要愛護眼睛,做一個愛護眼睛的使者,增強學生的社會責任感.

圖19 生活中不良用眼

設(shè)計意圖:讓學生運用所學知識思考如何保護視力,增強學生保護視力的意識,體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念,進而拓展學生的思維.

3 結(jié)語

課堂教學不僅要提高學生的學習成績,更重要的是要教給學生解決問題的方法,提高學生的科學思維能力.利用身邊的日常生活用品自制教具,取材方便、成本低廉、現(xiàn)象直觀.教學中巧用創(chuàng)新實驗,讓學生親身體驗,能有效幫助學生克服思維障礙,突破教學難點.學生在動手實驗過程中通過“觀察—思考—分析論證—交流表達”等思維活動,促進學生思維的發(fā)展.