以教材為基礎開展深度備課研究
——以蘇科版初中物理“光的折射”為例

西安交通大學蘇州附屬初級中學(215021) 陳 剛

隨著我區初中物理青年教師人數的激增，為了快速提升青年物理教師專業水平，2018年我區成立“區初中物理青年教師成長共同體”(以下簡稱“共同體”)。共同體成員在各學科指導教師的帶領下，通過優課觀摩與剖析、集體備課與研討等方式，充分示范模仿，重點圍繞教材分析、教學提升、實驗研究等方面，采用共同體集中理論研修與分小組定期教學實踐相結合的方式開展活動，促進青年教師快速成長。

教材是知識的載體，是傳授知識的主要工具，是將該學科的知識、思想和方法，按照一定的知識體系、邏輯程序和認知規律構成的一個教學體系。它是連接知識與能力、教師與學生、課堂與課外的橋梁，是進行各科教育和評價的基本準則[1]。但是，某些課外輔導資料在我區初中物理教學的課內、外得到廣泛的使用，甚至出現了在課堂上教材完全被課外教輔資料代替的現象。因此筆者作為物理學科指導教師，提出以“基于教材的深度研課”為主題的觀點，開展基于教材的研究性備課工作。下面以“光的折射”一節為例，介紹基于教材的深度研課的一般流程，與廣大同仁交流討論。

1 深度研習課程標準，明確核心任務

課程標準是確定某一學科的課程性質、課程目標、內容目標、實施建議的教學指導性文件。《義務教育物理課程標準(2011年版)》(以下簡稱《課標》)對“光的折射”的要求表述為：①通過實驗，探究并了解光的折射現象及其特點；②通過光束從空氣射入水中的實驗，認識光的折射現象及其特點[2]。通過表述，可以明確本節課有3個核心任務：①通過體驗，認識光的折射現象；②通過實驗，探究光的折射特點；③通過活動，解釋光的折射現象。

2 深度研讀教材資源，確定教學活動

對教材的深度研讀，既要立足知識本質的高度去審視教材內容的科學性與適恰性；又要基于《課標》的要求去還原教材編寫者的意圖，梳理開展教學活動時可能要用到的各素材之間的邏輯聯系，為將教材內容轉化為教學素材做準備[3]。為提升教材的發展性，應對現行初中物理多種版本教材進行對比和分析，結合學生的學情和思維的發展情況，集思廣益，深度挖掘，取各家之長，整合教學內容，將精心選擇的教學素材提供給學生，優化學習路徑，促進深度學習，發展學生的高階思維和問題解決能力。

初中物理各版本教材在“光的折射”一節中都注重生活情境的設計，通過文字、圖片、活動等形式使學生產生認知沖突，符合初中生的心理特點和認知規律，有利于激發學生學習的熱情和求知欲。但在構建概念環節，多數版本是在文字或圖片的基礎上直接給出光的折射概念，缺少動態生成。概念引入與概念建構的界限不明顯，只有蘇科版教材由漫畫引出問題，再通過活動——光斑的移動，充分利用學生的已有經驗——光的直線傳播，將概念由靜態的呈現轉化為動態建模。

各版本教材通過實驗分別探究光在空氣和水、空氣和玻璃間折射的特點，使結論更具普遍性，更有說服力。探究的問題主要有：認識三線兩角、三線位置關系、折射角與入射角關系、垂直入射、光路可逆等。蘇科版教材利用“信息快遞”欄目，將識記類的知識“三線兩角”前移，在認識光的折射現象后介紹這5個與光的折射有關的名詞，這樣既可以充分利用已有情境，也便于學生將“光的反射”的“三線兩角”遷移運用到“光的折射”中，進而根據觀察的現象，結合“光的反射規律”猜想“光的折射特點”。因此應該將認識“三線兩角”放到“光的反射”教學環節中，在該環節中，重點研究光的折射特點，避免任務過多，而重點不突出。

各版本教材都體現了“從生活走向物理，從物理走向社會”這一課程基本理念，選擇了大量的貼近學生生活、符合學生認知特點、激發并保持學生學習興趣的折射現象。如：“水中硬幣(或池水)變淺”在現有的7種版本的教材中都有呈現；“水中筷子(鉛筆)偏折”分別在滬粵版、北師大版、滬科版、教科版和上教版等5種版本的教材中呈現；“海市蜃樓”分別在北師大版、人教版、滬科版和教科版等4種版本的教材中呈現；“叉魚”分別在滬粵版、人教版和教科版等3種版本的教材中呈現。在掌握光的折射特點后，要求學生對上述現象作出科學的、合理的解釋，培養學生對知識的應用與遷移能力。

除了滬科版，其余6種版本教材都在該節增加了課外拓展欄目，滬粵版的“課外活動”、北師大版的“閱讀材料”、教科版的“物理在線”、上教版的“STS”等欄目都介紹了光的全反射知識，這不僅是對初中光學知識的拓展，也體現了初、高中物理知識的有效銜接。

通過對各版本教材的分析，不僅能使教師更好地理解教材設計意圖，還能相互借鑒設計出更加貼近學生生活的學習情境，選擇更加符合學生認知規律的教學方式和實驗方案。筆者通過對各版本教材的研讀，確定教學活動流程如圖1所示。

圖1 教學活動流程

3 深度研磨情境創設，優化教學設計

在物理教學中，創設貼近生活、貼近社會的物理情境能給學生以直觀的形象，激發學生學習的內在動機。真實的情境和有目的的任務驅動，能讓學生在探究活動或解決問題的過程中自主地理解知識，是改變學生注意方向和學習態度的一種積極的外部手段。

3.1 激趣引入，產生認知沖突

教師演示實驗：井底之蛙看星星。將手機的攝像頭置于平底無色透明瓶底(相當于青蛙的眼睛)，距瓶口上方一定距離處平放一張畫有一輪彎月和一些星星的紙板(相當于星空)，如圖2所示。演示時將手機同屏到大屏上，緩緩向瓶中加水，發現井底的青蛙看到的星星數量變多。

圖2 井底之蛙看星星

學生分組活動：觀察硬幣的深淺。實驗桌上有2個裝有一元硬幣的紙杯，往左邊的紙杯中倒入大半杯的水，讓學生觀察兩枚硬幣的深淺。

深度分析：通過教師演示實驗和學生分組活動創設真實情境，分別呈現有水和無水時觀察到的現象，激發學生的學習興趣。“興趣是最好的老師”，學生發現有水時硬幣變淺、看到的星空范圍變大，產生認知沖突，激發學習熱情和求知欲，且這兩個活動分別預設了“光由水中射向空氣”和“光由空氣射入水中”兩種生活中常見的折射現象，為后續的解釋現象和應用拓展做好鋪墊。

3.2 建構概念，掌握物理觀念

師生共同活動：將激光(已固定)沿水槽的左邊斜射入水槽的右下角，形成一個光斑，向水槽中緩慢倒入水，觀察光斑的變化。

任務驅動：(1)畫出加水前射向玻璃缸底部的光路；

(2)加入一半的水，畫出光斑移動后的光路；

(3)繼續加滿水，畫出光斑移動后的光路；

(4)如何判斷所畫光路是否正確？

(5)類比“光的反射”命名跟“光的折射”有關的物理名詞；

(6)類比“光的反射規律”猜想“光的折射特點”。

深度分析：通過“師生活動+任務驅動”的形式，充分利用學生的已有經驗(光的直線傳播)，深度挖掘教材資源的作用。任務驅動(1)光沿直線傳播，學生都可輕松完成；加水后，光斑左移，任務驅動(2)和(3)有一定的難度，需要學生思考后再次利用已有的經驗——光在同一種介質中沿直線傳播，由于光斑的位置發生移動，說明光線的傳播方向發生了改變，光在水面上的空中沿直線，在水面下的水中沿直線，所以只有在空氣與水的交界處發生了改變，對光路的偏折情況作出了猜想；在任務驅動(2)的基礎上學生可以輕松解決任務驅動(3)，任務驅動(2)和(3)還預設了光在兩種物質分界面發生折射時，入射角相等，折射角也相等，便于后續對光斑移動的解釋；任務驅動(1)、(2)和(3)為師生的互動創造了良好的氛圍，在整個過程中，學生不僅僅是用眼睛看教師的演示，更要通過思考，動筆畫光路，充分調動了學生的思維。蘇科版教材編排有利于將單純的教師演示轉化為師生共同活動，避免了只有教師做、學生只欣賞的現象發生。任務驅動(4)通過問題的形式，喚醒學生對于顯示光路的方法的記憶，再通過噴霧、加牛奶的方式分別顯示空氣和水中的光路，用事實驗證學生的作圖猜想，并真實呈現光在水與空氣的分界面同時發生反射與折射現象，從而認識光的折射現象；任務驅動(5)和(6)通過類比的情境創設，創設學生的“最近發展區”，解除學生畏懼心理，讓學生命名跟“光的折射”有關的名詞，進而有依據地提出“光的折射特點”的猜想，將學習的主動權交給學生，體現學生的主體作用。

3.3 探究規律，提高關鍵能力

學生分組活動：將玻璃磚放在硫酸紙的方格上，作出通過玻璃磚的光路。

任務驅動：(1)探究三線的位置關系；

(2)研究折射角與入射角的關系。

深度分析：借助探究光反射時三線共面的方法，引導學生將分界面的一邊沿著桌邊放置，水平拉緊硫酸紙，由玻璃磚中的折射光線在硫酸紙上呈現，將硫酸紙沿桌邊向下偏折，折射光線消失，用噴霧或將硫酸紙恢復水平，折射光線再現的現象，說明折射光線、入射光線和法線在同一平面內，完成任務驅動(1)。利用玻璃磚探究光的折射規律，可以充分利用學生已有的經驗，通過兩點確定一條直線，作出光在空氣中的傳播情況，再根據光路的連續性和光在玻璃磚中也是沿直線傳播，連接空氣與玻璃磚分界面上的入射點和出射點，從而可以將完整的光路留痕在硫酸紙上，便于進一步研究折射的特點。通過組間交流可以得出，光由空氣斜射入玻璃磚時，折射角小于入射角，光由玻璃磚斜射入空氣中時，折射角大于入射角；將3組硫酸紙疊放(事先規定分別用紅、藍、黃水筆畫圖)，發現隨著入射角增大，折射角也增大，將動態的變化轉化為靜態的3條光路比較，變抽象為直觀地研究任務驅動(2)。將硫酸紙覆蓋在有條形線的作業紙上，將入射光線與其中的一條線重合，發現最終的出射光線與條形線平行，在硫酸紙的兩個入射點處都作出法線，通過平行線間角的關系，生成新問題——折射時光路可逆。蘇科版教材選擇條形玻璃磚作為分組實驗器材，避免學生分組實驗與教師用水做的演示實驗重復，增加了器材的多樣性，使實驗結論具有普遍性。玻璃磚不僅不會弄濕紙張，而且便于學生作圖留痕，使實驗具有可控性、可操作性。

3.4 解釋現象，培養高階思維

模擬叉魚游戲：2套捕魚神器(固定在鐵架臺上可上、下轉動的黑色圓珠筆筒作為瞄準器；1塊紅色的大小約為10 mm×5 mm×5 mm的紅色橡皮固定在水槽的一角，代替小魚)。要求：只準操作一次。請兩位學生參與，一位學生用激光筆照魚，另一位學生用魚叉(用燒烤棒代替)叉魚，如圖3所示[4]。

圖3 模擬捕魚神器

任務驅動：(1)兩位學生分別發表成功感言和失敗原因；

(2)若將水中的魚比作是井底之蛙，加水后，井底之蛙為什么看到的星星變多？

(3)水中硬幣為什么會變淺？若將鉛筆斜插入水中，鉛筆為什么會向上偏折？

深度分析：利用所學知識，解釋生活中的折射現象是本節課的難點，對學生的思維能力要求較高。圖3的捕魚神器，涵蓋了初中經常涉及的光在空氣和水的界面折射時的兩種情形：激光照射魚時，光由空氣射入水中發生折射，隱含折射時的光路可逆；魚叉叉魚時，看到的魚是由于光由水中射入空氣中發生折射而成的虛像，這兩種情形分別與課前引入的兩個活動對應，為解釋引入的懸念做好準備。任務驅動(1)的成功感言不僅能夠分析出我們看到的魚的光路與激光照射魚的光路重合，即光路可逆的具體應用。若將水中的魚比作是井底之蛙，此時的激光光路就是加水后井底之蛙看到天空的光路，即水中的井底之蛙看到的星星變多，范圍變大，是由于光由空氣中斜射入水中，折射光線偏向法線的緣故，進而解釋任務驅動(2)。通過對任務驅動(1)的失敗原因的分析：魚叉在魚的上方，說明由于折射看到的水中的物體變淺了，其原因是光由水中射入空氣，折射光線偏離法線，人“看到”的物體在折射光線的反向延長線上，從而產生錯覺，導致叉魚失敗。結合光路分析，再依次呈現圖4的(a)、(b)、(c)，通過PPT動態光路圖解釋看到水中的硬幣變淺；將鉛筆斜插入水中，其下端剛好與硬幣位置重合，從而便于學生猜想到鉛筆下端跟硬幣一樣的上移，而水面之上不變，從而有依據地得出向上偏折的結論，進而解釋任務驅動(3)。接著跟學生一起看課本第80頁引入的漫畫，解釋其中的原因，在明白看到的池水為什么變淺后，警示學生要遠離陌生水域，增強安全意識，珍愛生命，從我做起。

圖4 光路分析

3.5 課外拓展，滲透初高銜接

教師演示：如圖5所示，向圓形水柱中斜射入一束強激光，看到水中彎曲的光路。

圖5 向圓形水柱中斜射入一束強激光

任務驅動：大家課后思考，這個現象在日常生活中有什么應用。

深度分析：適當拓展所學知識，有利于知識的外延，通過任務驅動完善全反射的條件，也為高中進一步學習光學做好準備，滲透初、高中物理教學的銜接。

4 深度研制鞏固練習，關注多元評價

評價不僅是教學的終點，也是教學的起點。評價要有助于學生掌握物理觀念，評價要綜合運用紙筆測試、實驗操作、課題研究、行為觀察、活動表現等多種方式，把過程性評價與結果性評價相結合，使發展變化過程成為評價的組成部分[5]。因此教師應布置多種形式的作業，可以將學習和評價由課堂延伸到課外，由學校轉向家庭、社會。所以本節課除布置了紙筆作業外，還布置了如下的兩道課后作業：①請教老師、同學、親友或者上網搜索，了解全反射的知識及其在生活中的應用；②家庭小實驗：模擬光在光纖中的傳播。要求：拍成視頻，上傳QQ群，以便分享和交流。

5 小結

教材不僅是課程標準的代言人，更是學科知識的精華，眾多專家、學者智慧的結晶。教材不是一般的材料、讀物，它是根據教育目的和學生身心發展規律和認識特點，專門研制和編寫的文本，適合于相應特定階段的學生學習。認真鉆研教材的內容，是對青年物理教師的最基本要求。青年物理教師對教材的運用往往會出現兩種極端：一種是照本宣科，沒有深度挖掘；一種是棄之不用，完全依賴課外輔導資料。葉圣陶先生曾說：“教材無非是個例子”，但它一定是最典型、最具代表性的例子，雖然不能只教教材，但一定要利用好教材，從《課標》的角度還原教材編寫者的意圖，進行深度研課，促進青年教師的專業成長。