基于“理解”的六個側面追求物理知識的真理解①
——以“光的折射”教學為例

張步青

(江蘇省丹陽市第三中學，江蘇 鎮江 212300)

美國學者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學設計》中，界定了“理解”的六個側面——解釋、闡明、應用、洞察、神入、自知。我們在平時的教學中，往往是引導學生通過實驗探究得出結論、應用知識解決問題，但學生距真正理解的要求還有很大距離，必須從解釋、闡明、應用、洞察、神入、自知六個方面進行全面思考，才能達到知識的真理解，這對教學設計具有重要意義。筆者以“光的折射”教學為例，從追求理解的視角闡述教學設計。

1 解釋：學生用自己的語言對知識進行闡述

問題：水中的筷子看上去向上翹，原因是什么？

解釋：插入水中的筷子，由于筷子反射的光線從水中斜射入空氣中時，傳播方向發生了偏折，遠離法線，折射角大于入射角，所以看到筷子在水中的部分是向上彎折。此時看到的像是筷子的虛像，這是一種折射現象。

杜威在《我們如何思考》一書中寫到:“我們看到某個東西在動，猛然聽到某個聲音，聞到某種怪味道，我們就會問這是為什么……當我們弄清楚他們所表達的意思：一只松鼠在跑，兩個人在交談，火藥爆炸散發出的味道，我們就說我們理解了。”能對問題或現象進行解釋是反映學生理解所學知識的最重要的證據。這里的解釋主要包括兩個方面，一是解釋現象、事實和數據，如海陸風是如何形成的？電閃雷鳴，我們為什么總是先看到閃電后聽到雷聲？二是闡明意義特征和關系，例如串并聯電路中電阻的關系，串聯電路的總電阻大于任何一個分電阻，這就相當于導體的長度變長了，而導體的長度越長電阻越大；并聯電路的總電阻小于任何一個分電阻，這就相當于導體的橫截面積變大了，導體的橫截面積越大，電阻越小。

2 闡明：學生理解物理情境和意義

問題：通過畫圖分別說明光從空氣斜射入水中、從水中斜射入空氣中、從水中垂直射入空氣中的折射規律(圖1)。

圖1

學生會作圖說明他理解了光折射的規律，上面這例子是通過作圖來闡明，在物理教學中還有一種很重要的闡明方式，就是通過語言，教師要注重培養學生運用物理語言進行恰當表達的能力。例如，教師問：“將籃子掛在彈簧測力計的秤鉤上，籃子所受的重力與什么力是一對平衡力？”學生可能會回答：“拉力。”教師追問：“誰對誰的拉力呢？”學生應該回答：“是彈簧測力計對籃子的拉力。”這樣的表述才更為完整。在我們平時的課堂上，教師要加強對學生完整、正確表達自己觀點的訓練，同時還要加強把課本的語言轉化為學生自己的語言，進而培養學生想說、敢說的心理素質，形成良好的表達習慣，為核心素養的發展奠定良好的基礎。

3 應用：學生在真實情境中應用知識

問題：王維曾寫過“大漠孤煙直，長河落日圓”的壯美詩句，詩人觀察到的落日并非太陽的實際位置，而是光線經過不均勻大氣時發生了而成的像，太陽實際在圖2中位置。

圖2

解釋：太陽光從接近真空的太空進入大氣層時，由于大氣層的密度是不均勻的，會產生折射現象，折射光線會逐漸靠近法線，我們逆著折射光線的方向看，看到比實際位置高的太陽的虛像，所以當我們看到太陽即將落山時，它的實際位置已在地平線以下，即圖2中乙的位置。生活中處處有物理，物理知識中也處處有生活的影子。學習物理的最終目的就是讓學生能應用所學的知識去解決生活中的實際問題，讓學生在面對這些問題的時候，能夠從物理的角度去分析和解決問題。如學習了家庭電路之后，學生應該去學習用測電筆判定火線和零線。教師要鼓勵學生在生活中多應用物理知識，讓學生切實感受到物理的實用性。

4 洞察：學生從不同的視角看問題，采取批判的態度，進行整體把握

小慧在做光的折射規律實驗時偶然發現：當激光從水中斜射向空氣中時，當入射角增大到一定角度時，折射光線會消失，只剩下反射光線(圖3)。這到底是什么原因呢？

圖3

盡管初中物理教材中沒有提及這一現象，但該同學勇于以批判的態度提出問題，通過查閱資料，她終于明白了其中的奧妙，原來是光的折射中的全反射現象。當光線從水中射向空氣時，通常有一部分光進入空氣，稱為折射光，另一部分光反射回水中，稱為反射光。水的折射率大于空氣的折射率，即光從光密介質射向光疏介質時，折射角大于入射角，當入射角增大時，折射角也增大，但折射角先增大到90°，此時折射光消失，只剩下反射光，這種現象稱為全反射現象，剛好發生全反射時的入射角叫作臨界角。當入射角大于或等于臨界角時，才會發生全反射現象。光纖通信就應用了光的全反射原理，光導纖維在結構上有內芯和外套兩種不同介質，內芯比外套的折射率大，光從內芯傳播到與外套的界面時會發生全反射現象，從而保證光不會泄漏到光纖外(圖4)。

圖4

學生學習了透鏡對光的作用后，經常會將“透鏡對光的會聚作用”與“出射光束為會聚光束”相混淆。在課堂中，老師要通過與學生一起作圖解釋，最終判定透鏡對光是起會聚作用還是發散作用，并不是看出射光束是會聚的還是發散的，而是把不過光心的光線射出的方向與射入的方向相比較，是向主光軸靠近還是遠離主光軸，向主光軸靠近的透鏡，對光線有會聚作用，是凸透鏡；出射光線遠離主光軸的透鏡，對光線有發散作用，是凹透鏡。引導學生從整體上把握透鏡對光的作用的本質。

5 神入：讓學生站在別人的角度思考問題，感知別人沒有察覺的問題

德國學者西奧多·立普斯在20世紀初提出用“神入”這個詞來描述人們為了理解一本著作或一場藝術表演所需要做的事情，神入是一種有意識的行為，試圖找到他人的觀點和行為的合理合情之處和意義所在。物理教學中的神入不僅可以引導我們重新設計情境，還可能改變我們的看法。學生要以開放的心態看待那些看似奇怪的、難以理解的一些現象，克服自己的習慣性思維，發現那些不尋常卻很可能意義重大的問題。

在學習了“光的折射”后，小明提出了新的問題：不同物質對光的折射能力不同，折射是由什么因素決定的呢？

為了解決小明的疑問，小聰查閱資料，給小明提供了如圖5、表1所示的相關信息，仔細觀察圖中的光路，對照表1中的數據，可以得出結論：當時，折射角小于入射角，反之折射角大于入射角。根據上述信息，可畫出光從酒精斜射入玻璃時的折射光線。

圖5

表1

分析：由圖5甲知，當光從水斜射入玻璃時，折射光線靠近法線，折射角小于入射角，從表1可以看出光在玻璃中的傳播速度小于在水中的傳播速度。

當光從玻璃斜射入冰時，折射光線遠離法線，折射角大于入射角，從表1可以看出，光在冰中的傳播速度大于在玻璃中的傳播速度。

當光從冰斜射入空氣時，折射光線遠離法線，從表1可以看出，光在空氣中的傳播速度大于在冰中的傳播速度。

得出結論：光從傳播速度大的介質斜射入傳播速度小的介質時，折射角小于入射角；光從傳播速度小的介質斜射入傳播速度大的介質時，折射角大于入射角。

圖6

由表1可以看出，光在酒精中的傳播速度大于在玻璃中的傳播速度，所以光從酒精斜射入玻璃中時，折射角小于入射角，可畫出光從酒精斜射入玻璃時的折射光線(圖6)。

6 自知：學生在知識學習后進行自我評估

“知人者智也，自知者明也。”人最不理解的是自己。在教學過程當中，我們對促進學生自知力的提升較為漠視，在幫助學生強化正確認知，糾正錯誤觀念方面做得不夠。學生在學習中往往滿足于記憶，缺少對前后學習內容的對比，難點研究不深入，所以難以發現自己在知識上的缺陷和思維上的漏洞，難以達到很好的自知。在“光的折射”教學中，筆者以問題驅動學生進行自我評估。

6.1 自我評估問題

(1) 這節內容與之前學習的反射、光的直線傳播有什么關系？

(2) 我學習到了什么？

(3) 我在學習這節內容時，用到了哪些方法？

(4) 在本節課的學習中我的難點在哪？

(5) 這節課拓展的知識有哪些？我理解了嗎？

6.2 學生自知

(1) 光在同種均勻介質中沿直線傳播；當光斜射到兩種介質的分界面上時，返回原來介質的現象是光的反射，進入另一種介質且傳播方向發生改變的現象是光的折射。

(2) 本節我學習到了光的折射現象、光的折射規律，光的反射規律與光的折射規律的對比如表2。

表2

(3) 學習本節內容時，我們用到了實驗法、作圖法、推理法、對比法、分析法。

(4) 我的學習難點是：會聚作用與會聚光束的聯系與區別。

(5) 本節課的拓展知識有：光的全反射現象；光在不同的介質中傳播的速度不同，光的折射能力也不同。

7 結語

當學生對所學知識做到能解釋、闡明、應用、洞察、神入和自知，我們就可以說學生對所學知識真正理解了。理解的六個側面代表了理解的不同層次，它們之間并不是完全割裂的，而是存在相互交叉和重疊的關系。我們在教學中應不斷在這六個側面下功夫，去追求“理解”的真落地、知識的真理解。