物理教學(xué)中的自組織轉(zhuǎn)變
——以“平面鏡成像的特點(diǎn)”教學(xué)為例

張婷玉

(北京市陳經(jīng)綸中學(xué)本部初中,北京 100021)

“平面鏡成像特點(diǎn)”一節(jié)是典型的實(shí)驗(yàn)探究課，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生經(jīng)歷一個完整的實(shí)驗(yàn)探究過程，掌握探究過程背后所隱含的科學(xué)方法。筆者依據(jù)自組織轉(zhuǎn)變理論，針對學(xué)生的思維障礙點(diǎn)，提出彰顯物理教學(xué)邏輯的教學(xué)設(shè)計。

1 傳統(tǒng)教學(xué)的困境

“平面鏡成像的特點(diǎn)”一節(jié)，前承“光的直線傳播”與“光的反射”，后啟“凸透鏡成像規(guī)律”，是相關(guān)光現(xiàn)象知識的應(yīng)用，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生習(xí)得實(shí)驗(yàn)探究方法，為探究凸透鏡規(guī)律夯實(shí)基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)教學(xué)對本節(jié)課的處理存在一定的問題。首先，提到平面鏡成像時，學(xué)生習(xí)慣于用生活中的鏡子作為器材來探究本實(shí)驗(yàn)，鏡子雖成像清晰，但像的位置難以確定，實(shí)驗(yàn)設(shè)計中引導(dǎo)學(xué)生利用玻璃板代替平面鏡是本節(jié)課的難點(diǎn)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師會將這一方法直接向?qū)W生陳述，學(xué)生并未深刻理解，為了應(yīng)付考試學(xué)生只能死記硬背。其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重學(xué)生親歷探究過程，在學(xué)習(xí)過程中探究規(guī)律，這就要求教學(xué)在生態(tài)化的環(huán)境中構(gòu)建生命課堂。傳統(tǒng)教學(xué)以講授為主，學(xué)生的主體地位得不到體現(xiàn)，課堂呆板無趣，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由此，在開放性的環(huán)境下將知識、信息不斷向結(jié)構(gòu)化、有序化的方向發(fā)展，由被組織向自組織轉(zhuǎn)變就顯得尤為重要。

2 體現(xiàn)生命課堂的教學(xué)設(shè)計

自組織轉(zhuǎn)變理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)者系統(tǒng)屬于自組織系統(tǒng)。在學(xué)習(xí)的過程中，知識的獲取不能靠教師的簡單傳授，應(yīng)是學(xué)習(xí)者“自組織”的結(jié)果。這一過程不是學(xué)習(xí)者獨(dú)立能完成的，需要教師的引導(dǎo)與外部環(huán)境的協(xié)同，形成有序躍遷的交互，[1]這就需要教師在教學(xué)中為學(xué)生自組織系統(tǒng)的自我生成創(chuàng)造良好的外部條件，以更好地促進(jìn)教學(xué)活動的有效開展。筆者將“平面鏡成像特點(diǎn)”的教學(xué)分為三個環(huán)節(jié)。

2.1 被組織：如何確定像的位置

在本環(huán)節(jié)中教師鋪設(shè)教學(xué)情境，開展教學(xué)活動。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，漸入問題情境，教師提出問題，引發(fā)學(xué)生的思考。

教師引導(dǎo)：我們通過畫光路圖學(xué)習(xí)了平面鏡成像的原理，當(dāng)我們把一支蠟燭放在鏡子前，可以在鏡子里看到另外一支“蠟燭”，這是什么現(xiàn)象？學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“光的反射”及“平面鏡成像的原理”，回答：是光的反射現(xiàn)象。教師追問：鏡子里的“蠟燭”是實(shí)像還是虛像？為什么？學(xué)生回答：因?yàn)槠矫骁R所成的像是反射光線的反向延長線的交點(diǎn)，所成像是虛像。教師利用生活中的現(xiàn)象，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)平面鏡成像原理，同時引出本節(jié)課所要研究的內(nèi)容。

教師提出問題：結(jié)合我們平時照鏡子的經(jīng)驗(yàn)，你認(rèn)為鏡前的蠟燭與鏡子里的“蠟燭”有什么關(guān)系？學(xué)生猜想：近大遠(yuǎn)小，像和物到平面鏡距離相等，像與物的形狀相同……教師將學(xué)生的猜想分為兩大類：像的位置、像的大小(表1)。

表1

接下來我們的任務(wù)是通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證猜想，平面鏡所成的像是虛像，不能呈現(xiàn)在光屏上，確定像的位置是需重點(diǎn)突破的問題。

2.2 臨界狀態(tài)：用玻璃板代替平面鏡

德國物理學(xué)教授哈肯在研究由大量子系統(tǒng)構(gòu)成的、相互間存在著復(fù)雜非線性相互作用的開放系統(tǒng)時提出了協(xié)同學(xué)理論。協(xié)同學(xué)采用序參量來描述一個系統(tǒng)的有序度，刻畫系統(tǒng)從無序向有序的轉(zhuǎn)變。

臨界狀態(tài)是指隨著教師講授及小組討論等教學(xué)活動的進(jìn)行，學(xué)生的“序參量”的競爭逐漸被激化，當(dāng)學(xué)生的“序參量”到達(dá)一定值時，某一序參量就會取勝，其他序參量隨之減退，最后由一種觀點(diǎn)主宰學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，達(dá)到臨界狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維能力從量到質(zhì)的飛躍。

確定像的位置是教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中，教師提出問題：如何確定像的位置？學(xué)生頭腦中必定出現(xiàn)大量的“序參量”，顯然鏡子不透光，即便學(xué)生應(yīng)用“刻度尺”等實(shí)驗(yàn)器材也很難確定像的位置。此時，少數(shù)的“序參量”必定支配學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，如果鏡子能透光就好了，可是什么實(shí)驗(yàn)器材既可以透光又可以成像呢？如果在嘗試“解決鏡子不透明”這一問題時，學(xué)生得到與實(shí)際不相符的結(jié)論，則需重新思考直至問題解決。此時學(xué)生的思維方式實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的突變，提出：用玻璃板代替平面鏡，不僅可以看到蠟燭所成的像，還可以透過玻璃板看到另外一支蠟燭，另一支蠟燭可用來確定第一支蠟燭所成像的位置。

教師提出問題：是否可以直接用鏡子前的蠟燭與鏡子里的“蠟燭”進(jìn)行比較？如果不可以，應(yīng)該怎么比較二者大小？請同學(xué)到講臺前操作，比較像與物的大小。學(xué)生在確定像的位置實(shí)驗(yàn)操作過程中，不斷移動后面的蠟燭(圖1)，其他同學(xué)在不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)：有一個位置，蠟燭剛好與第一支點(diǎn)燃的蠟燭所成的像重合，他們不難得出結(jié)論：可以用未點(diǎn)燃的蠟燭替代已點(diǎn)燃蠟燭的像，此時教師應(yīng)該向?qū)W生強(qiáng)調(diào)其中隱含的科學(xué)方法——等效替代法。

圖1

2.3 自組織：實(shí)驗(yàn)設(shè)計及評估

自組織是指在開放性教學(xué)環(huán)境下，通過學(xué)生與教師互動交流，學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)、提出問題，問題不再由教師提出，使得學(xué)生原有的認(rèn)知平衡被打破，系統(tǒng)偏離平衡態(tài)，使認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化或變革，要求學(xué)生不滿足已有的知識結(jié)構(gòu)，具有懷疑與批判精神。

此時教師放手讓學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)，提出實(shí)驗(yàn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生思考：若想比較像與物的大小，測出像距與物距的關(guān)系，應(yīng)選擇什么實(shí)驗(yàn)器材？學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，此時教師需要前后巡視，進(jìn)行個別輔導(dǎo)，表達(dá)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計的認(rèn)可與建議，關(guān)注學(xué)生在課堂上的生成，組織教學(xué)從無序到有序轉(zhuǎn)變。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計完成后，學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，教師巡視，與學(xué)生討論在實(shí)驗(yàn)中生成的問題，如：后面的蠟燭是否需要點(diǎn)燃？為什么玻璃板所成的像有重影，應(yīng)如何改進(jìn)？蠟燭尺寸較大，如何標(biāo)記？最后教師引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在表格中，提出問題：根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，你能得出什么結(jié)論？在課上開展實(shí)驗(yàn)交流、評估活動。

在交流、評估后，此時教師需要對學(xué)生的表現(xiàn)予以肯定，并順勢提出新問題，回到學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開展前的猜想上來，驗(yàn)證猜想，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。此時學(xué)生完成了從被組織到自組織的轉(zhuǎn)變，指出實(shí)驗(yàn)中存在的問題，自主解決問題。

3 教學(xué)反思

3.1 打破學(xué)生的思維定勢

本節(jié)課的關(guān)鍵是讓學(xué)生提出用玻璃板代替平面鏡的設(shè)計，“鏡子不透光，如何確定像的位置”的提問，成為學(xué)生遠(yuǎn)離思維定勢、引發(fā)學(xué)生深入思考的關(guān)鍵。本節(jié)課中，學(xué)生為了解決這一問題，不得不搜腸刮肚，哪怕爭論得面紅耳赤，也要找出問題解決的方法，通過知識重構(gòu)達(dá)到了訓(xùn)練學(xué)生思維的目的，打破原有的思維定勢，隨著結(jié)論的浮現(xiàn)，也將“等效替代法”滲透到教學(xué)中。

3.2 注重教學(xué)中的分類方法

分類方法是根據(jù)問題本質(zhì)屬性的不同，將研究對象分為不同種類來解決問題的方法。在本實(shí)驗(yàn)中將學(xué)生的猜想，予以恰當(dāng)分類，使得無序、雜亂的猜想明晰化。不僅將學(xué)生原本眾多的猜想進(jìn)行歸納、分類，自然而然引出教學(xué)的重點(diǎn)問題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)得以順利完成，而且將分類方法自然融入到物理教學(xué)中，達(dá)到以點(diǎn)帶面、觸類旁通的教學(xué)效果，從而提高了學(xué)生應(yīng)用科學(xué)方法解決問題的能力。

3.3 關(guān)注課堂問題的生成

學(xué)生是教學(xué)活動的主體，根據(jù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式應(yīng)從被動接受式學(xué)習(xí)向主動獲取式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，在課堂上學(xué)生在“悟”中不斷生成新的問題。鑒于大部分初中生的思維尚未達(dá)到形式運(yùn)算的水平，加之“探究平面鏡成像特點(diǎn)”的開放性，這就要求教師關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知現(xiàn)狀，選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容及提問方式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的思維由被組織達(dá)到臨界狀態(tài)，使其認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化或變革，實(shí)現(xiàn)從被組織到自組織學(xué)習(xí)的飛躍。