基于物理科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

穆艷宇 陳紅君 丁美予 陳月

摘 要：科學(xué)思維是物理課程的培養(yǎng)目標(biāo)之一，也是物理教學(xué)改革的難點問題.教師合理的教學(xué)設(shè)計能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維.本文以“平面鏡成像”為例設(shè)計以啟發(fā)思維、形成思維、應(yīng)用思維、提升思維為主線的教學(xué)設(shè)計，希望能為一線教師提供借鑒和啟示.

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;平面鏡成像;教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標(biāo)識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）16-0040-03

作者簡介：穆艷宇（1997-），男，貴州遵義人，碩士研究生，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

通訊作者：陳紅君（1978-），女，吉林東豐人，碩士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：物理課程與教學(xué)論、科學(xué)教育基本理論;

丁美予（1999-），女，吉林公主嶺人，碩士研究生，研究方向：物理課程與教學(xué)論;

陳月（1998-），女，吉林松原人，碩士研究生，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

1 問題的提出

科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式[1].“平面鏡成像”是在學(xué)生學(xué)習(xí)光的直線傳播與反射的基礎(chǔ)上，對光的反射的延伸[2].當(dāng)前初中生雖然對平面鏡成像有著較為豐富的感性認(rèn)識，但由于視覺問題使其認(rèn)知存在諸多誤區(qū)，比如，學(xué)生難以理解物距、像距、虛像等抽象的物理概念.傳統(tǒng)的關(guān)于平面鏡成像的教學(xué)設(shè)計，主要采取講授式教學(xué)，教師直接將平面鏡成像特點傳授給學(xué)生.這些都是常規(guī)、系統(tǒng)的教學(xué)模式，規(guī)范性較強，但是對于初中生而言，缺乏一定的趣味性，難以真正激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與熱情，會在一定程度上阻礙學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.

2 基于科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

本研究結(jié)合“平面鏡成像”特點，通過創(chuàng)設(shè)情境、探究實驗等方法將抽象概念得以具象，促進學(xué)生科學(xué)探究能力的提升，結(jié)合魔箱、偶鏡等小實驗，充分調(diào)動學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，并采用問題解決、課外拓展等形式，使學(xué)生在解決實際物理問題的過程中，最終達到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的目的.具體教學(xué)流程如圖1所示.

3 “平面鏡成像”教學(xué)環(huán)節(jié)

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，啟發(fā)思維

教師自制一個“魔箱”（如圖2所示），“魔箱”上端開有縫隙，前端開口，可看到魔箱內(nèi)部，教師將一枚硬幣從上端縫隙伸入魔箱，讓學(xué)生觀察內(nèi)部情況，學(xué)生們觀察到硬幣不見了，學(xué)生充滿疑惑與好奇.待教師解密魔術(shù)后，發(fā)現(xiàn)在箱子內(nèi)部斜45度角插入一面平面鏡，進而引出新課——“平面鏡成像”.

教師：我們發(fā)現(xiàn)在這個“魔箱”里有一面神奇的鏡子，原來是它欺騙了我們的眼睛.可是為什么要傾斜45度放置它？

學(xué)生：為了對稱？為了穩(wěn)定性？（充滿疑惑）

教師：讓我們帶著這個疑問學(xué)習(xí)今天的內(nèi)容“平面鏡成像”.首先我們要認(rèn)識清楚第一個問題，什么是平面鏡？請同學(xué)們仔細(xì)觀察桌面上的鏡子，然后描述它的特點？

學(xué)生：它表面是平的，光滑的.

教師：對，像這種表面是平的鏡子我們就叫它“平面鏡”.

設(shè)計理念：教師以物理原理為教學(xué)背景，以表演魔術(shù)的方式演示奇幻有趣的現(xiàn)象，能夠充分吸引學(xué)生們的注意，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生都能夠積極地參與到課堂中.這種魔術(shù)的導(dǎo)入形式既能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，又能迅速激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)新知識的需求，這樣學(xué)生就順其自然以最佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)投入到課堂學(xué)習(xí)中.這樣的設(shè)計不僅能讓學(xué)生產(chǎn)生探究的欲望，啟發(fā)學(xué)生的思維，而且還能展示出教師教學(xué)的藝術(shù)和魅力.

3.2 實驗探究，形成思維

教師：都說水火不相容，接下來，老師給大家演示一個“水中燃燒的蠟燭”（如圖3所示）實驗，（實驗前準(zhǔn)備步驟：一個透明的玻璃杯豎直放置在水平講臺上，在玻璃杯的后側(cè)，即在朝向教師的一面放一支點燃的蠟燭）讓學(xué)生回答觀察到的現(xiàn)象.

學(xué)生：玻璃杯里面有一支正在燃燒的蠟燭.

教師：老師現(xiàn)在向玻璃杯里倒水，火焰是否熄滅？

學(xué)生：沒有.

教師：是什么原因產(chǎn)生這種奇妙的現(xiàn)象？

學(xué)生：平面鏡.

教師：對，生活中我們看到的像一般都能在屏幕上呈現(xiàn)，比如我們?nèi)ル娪霸嚎措娪埃埻瑢W(xué)們思考一下蠟燭的像是否也能呈現(xiàn)在屏幕上？

一部分學(xué)生說可以，一部分學(xué)生有些遲疑.

教師：既然實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，那就讓我們用實驗來驗證.

請兩名學(xué)生到講臺前，并把觀察到的現(xiàn)象（白紙上沒有蠟燭的像）告訴大家.

教師：看來這個像很特別，我們在屏幕上找不到它，我們把這種能被看見，卻無法用光屏承接的像叫“虛像”.

在學(xué)生了解“虛像”概念后，教師提問，讓學(xué)生列舉生活中平面鏡成像的例子，學(xué)生回答后由教師補充，讓學(xué)生對平面鏡成像有更加理性的認(rèn)識.按照大家日常照鏡子的經(jīng)驗，對學(xué)生提出平面鏡成像特點的思考題.學(xué)生用玻璃板代替平面鏡來進行實驗探究，學(xué)生通過移動玻璃板前后的塑料支架，觀察像如何變化，對比像的位置與大小，展開實驗探究（如圖4所示），實驗開始前引導(dǎo)學(xué)生猜想像與物關(guān)系、像距與物距關(guān)系，并設(shè)計表格（見表1）.

實驗結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象，結(jié)合之前所學(xué)的光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播與光的反射知識，總結(jié)實驗規(guī)律，完成預(yù)設(shè)表格，組織小組討論交流，讓學(xué)生總結(jié)歸納平面鏡成像的特點，根據(jù)平面鏡成像特點畫光路圖，教師再給予完善和補充，完成新課的探究過程，讓學(xué)生體會物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與形成的過程.

設(shè)計理念：利用探究性實驗，引導(dǎo)學(xué)生了解物理實驗探究的基本過程與具體步驟，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，而且還能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，讓學(xué)生體驗物理規(guī)律的形成過程，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，樹立正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感.并且在實驗前引導(dǎo)學(xué)生對未知事物進行猜想與假設(shè)，能激發(fā)學(xué)生獨立思考能力，加深學(xué)生在探究過程中對物理規(guī)律的掌握情況，強化他們的問題解決能力，有助于學(xué)生物理思維的形成與發(fā)展.

3.3 問題解決，應(yīng)用思維

教師提問學(xué)生平面鏡在生活中具體有哪些應(yīng)用，以此了解學(xué)生對本節(jié)課的知識掌握程度、對平面鏡成像的理解是否深入以及是否能靈活變通，將理論知識運用于生活實際.接下來，教師演示“偶鏡”（如圖5所示）實驗，提問學(xué)生該實驗應(yīng)用什么原理，讓學(xué)生通過繪制光路圖進一步明確平面鏡成像的特點和規(guī)律，并能將這些知識運用于實際生活中，提高學(xué)生解決問題能力.

教師將兩平面鏡垂直于桌面放置，兩面鏡子成60°角.

教師：同學(xué)們已經(jīng)很好地掌握平面鏡成像的特點與規(guī)律，那么現(xiàn)在就有個思考題有待大家去解決，老師如果把一個礦泉水瓶放在兩面鏡子中間，大家認(rèn)為平面鏡里將得到多少個與其一樣的礦泉水瓶？

學(xué)生進行仔細(xì)思考，互相交流，有些同學(xué)在本子上開始畫圖.這時教師將礦泉水瓶放好，同學(xué)們看到無數(shù)礦泉水瓶的像，并針對此現(xiàn)象開始展開激烈的討論，有些同學(xué)恍然大悟，有些同學(xué)充滿疑惑.

教師：這是不是很神奇，同學(xué)們思考一下為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？一會兒老師找名同學(xué)給大家解釋一下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原理，同時再給大家一個思考題，當(dāng)兩面鏡子夾角是30°、90°、120°時，所成的像又如何？同學(xué)們先畫出光路圖，再用桌前的平面鏡裝置進行驗證.

學(xué)生們紛紛動筆畫圖，之后動手進行驗證.由同學(xué)給出原理，解釋現(xiàn)象的成因，教師進行完善與補充.

教師：同學(xué)們的解釋已經(jīng)比較完整，老師再補充一下.原因如下：這是由于從礦泉水瓶射出的光線在兩面鏡子中間發(fā)生多次反射，每反射一次就會看到一個虛像.鏡子之間的夾角越小，光在鏡子之間的反射次數(shù)就越多，形成的虛像也就越多.

設(shè)計理念：教師通過預(yù)設(shè)性提問，能夠了解與考查學(xué)生是否真正掌握“虛像”和“實像”等一系列概念的物理意義以及“平面鏡成像”的物理特點，通過學(xué)生的回答，了解學(xué)生的物理思維發(fā)展水平.在了解學(xué)生的物理思維所處水平后，通過演示具體實驗，提出思考問題，問題既是思維的源泉，更是思維的動力，學(xué)生在解決問題的過程中，就是對思維的調(diào)動與應(yīng)用.舉一反三，又能訓(xùn)練學(xué)生的思維遷移能力與敏捷性.在解決新問題的過程中，又兼顧了課前的疑問，達到前后呼應(yīng)，促進學(xué)生思維發(fā)展.

3.4 課外拓展，提升思維

教師引導(dǎo)學(xué)生了解生活中的物理現(xiàn)象，拓展延伸提出問題，教師讓學(xué)生思考鏡子中的自己與實際自己的大小關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生用物理知識來解釋生活中的現(xiàn)象.

教師：平面鏡成像的特點與規(guī)律在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用十分廣泛，同學(xué)們能想到哪些實際應(yīng)用呢？

學(xué)生：照鏡子，有時候測視力也會用到……

教師：那同學(xué)們回想一下，我們照鏡子的時候，鏡子中的自己和實際的自己大小關(guān)系如何？

學(xué)生：一樣大.

學(xué)生：鏡中的人比實際的小.

教師：我聽到同學(xué)們的答案不一致，請同學(xué)們課后查閱資料并結(jié)合我們本節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容探究它們之間到底存在怎樣的關(guān)系以及原因，下節(jié)課我們一起分享與交流這個問題.

設(shè)計理念：物理源于生活，并應(yīng)用于生活.所以物理課程應(yīng)注重與生活實際、社會發(fā)展相聯(lián)系.引導(dǎo)學(xué)生運用平面鏡成像特點解釋照鏡子這一生活中常見現(xiàn)象，讓學(xué)生在課外探究與思考中進一步提升科學(xué)思維能力.

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握平面鏡成像的特點與原理，并且能將所學(xué)知識很好地運用于生活，真正體現(xiàn)生活中處處有物理，物理源于生活.學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，自主探究并進行思考總結(jié)，在獲得知識的過程中，也是思維發(fā)展逐步達到科學(xué)思維的過程，學(xué)生能夠解釋由于自己之前對平面鏡成像僅僅停留在表象層面，由于視覺誤差造成對概念、現(xiàn)象的理解模糊，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，深入思考，既豐富感性認(rèn)識、又深化對理性規(guī)律的掌握，形成與發(fā)展正確的科學(xué)思維.

4 結(jié)語

本研究以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為出發(fā)點，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，使學(xué)生觀察有趣的科學(xué)現(xiàn)象，感受物理學(xué)科的魅力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及對物理學(xué)科的熱愛，引發(fā)學(xué)生的好奇心與探究意識;采用教師指導(dǎo)、學(xué)生小組合作相結(jié)合的形式進行探究性實驗，以此提高學(xué)生的觀察與思考能力、實踐操作能力以及合作交流能力，使學(xué)生在親身實驗中掌握科學(xué)知識，形成科學(xué)認(rèn)識;通過將所學(xué)知識應(yīng)用于實際問題之中，進一步加深學(xué)生對所學(xué)知識理解，逐步深化對平面鏡成像的認(rèn)識程度，提升學(xué)生的知識運用能力，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力;通過課外拓展，將所學(xué)新知識遷移到生活實際中，讓物理知識與生活實際相聯(lián)系，在分析與解決問題的過程中，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，從而達到有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的最終目的.

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（收稿日期：2021-05-06）