基于“321”教學(xué)設(shè)計(jì)模型淺談“平面鏡成像”

米海濱

（烏魯木齊市第四十一中學(xué)，新疆 烏魯木齊）

由物理名師張萬軍提出的“321”教學(xué)設(shè)計(jì)模型即“三點(diǎn)、兩面、一體驗(yàn)”。其中三點(diǎn)是指核心點(diǎn)、切入點(diǎn)、思維生長(zhǎng)點(diǎn)；兩面是指面對(duì)現(xiàn)狀（學(xué)生的現(xiàn)狀、教師的現(xiàn)狀、環(huán)境的現(xiàn)狀）、面向未來（學(xué)生的未來、教師的未來、課程的未來）；一體驗(yàn)是指學(xué)生的身心體驗(yàn)。核心點(diǎn)是教學(xué)文本中最關(guān)鍵的概念，或影響事物發(fā)展變化的決定性步驟，或研究事物的思想方法。

一個(gè)教學(xué)文本，通常只有一個(gè)核心點(diǎn)，核心點(diǎn)如同人的心臟、汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，它不同于通常教材分析中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如“質(zhì)量”一課的核心點(diǎn)可以定為天平的原理；“透鏡”一課的核心點(diǎn)可以定為對(duì)會(huì)聚的理解；“磁現(xiàn)象”一課的核心點(diǎn)可以定為對(duì)磁場(chǎng)的理解；思維生長(zhǎng)點(diǎn)是在教學(xué)設(shè)計(jì)中預(yù)設(shè)的能打開學(xué)生思維的窗口，引發(fā)學(xué)生深度思考的情境、活動(dòng)、問題中引發(fā)學(xué)生思考的點(diǎn)，可以形象地理解為一個(gè)笑話中的笑點(diǎn)。思維生長(zhǎng)點(diǎn)是激發(fā)學(xué)生思維發(fā)展的始發(fā)點(diǎn)，決定著一節(jié)課的品質(zhì)和高度。

一節(jié)物理課的切入點(diǎn)有很多方式，可以是一個(gè)高效的實(shí)驗(yàn)，可以是一個(gè)高效的問題，也可以是一個(gè)有趣的情境,但是好的切入點(diǎn)是直接針對(duì)本節(jié)課的核心點(diǎn)的。如在上“透鏡”一課時(shí)提問：“停靠在馬路邊的小汽車自燃，事故的原因是車?yán)锏囊黄康V泉水，這是怎么回事呢？”直指核心點(diǎn)“對(duì)會(huì)聚的理解”。在上“密度”一課時(shí)請(qǐng)學(xué)生說明日常生活中如何區(qū)分海綿和泡沫塑料、水和酒精、水和糖水、金和銀，直指核心點(diǎn)“密度是物質(zhì)屬性的理解”。

結(jié)合物理課的“三點(diǎn)、兩面、一體驗(yàn)”理論，下面筆者就自己參加全國(guó)物理名師賽的一節(jié)課“平面鏡成像”與大家分享一下自己的感受。

一、突破用透明玻璃代替平面鏡

“平面鏡成像”一課中平面鏡的成像特點(diǎn)無疑是這節(jié)課首先需解決的教學(xué)核心點(diǎn)，但是在平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中為什么用透明玻璃代替平面鏡學(xué)生較難理解，所以這節(jié)課的切入點(diǎn)我自制了一面可重復(fù)使用透明玻璃和平面鏡的組合鏡，高180 cm，寬60 cm，如圖1所示，其中鏡面1由透明玻璃在前和不銹鋼鐵皮在后組合而成，不銹鋼鐵皮可抽出也可放回（即可以重復(fù)使用），鏡腿2可旋轉(zhuǎn)，這樣方便放倒鏡面取放不銹鋼鐵皮，讓學(xué)生A與B自己作為實(shí)驗(yàn)儀器參與實(shí)驗(yàn)，先請(qǐng)同學(xué)A站在鏡前，讓學(xué)生觀察鏡中A的像，請(qǐng)學(xué)生比較像與物到鏡面的距離關(guān)系，學(xué)生發(fā)現(xiàn)像到鏡像的距離不便于測(cè)量，因?yàn)槠矫骁R不方便確定像的位置，教師適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生用透明玻璃代替平面鏡，再將組合鏡中的不銹鋼鐵皮取出將平面鏡變?yōu)橥该鞑ＡВ僬乙晃粚W(xué)生B（與同學(xué)A等高）來確定A像的位置。

圖1

整個(gè)過程中將實(shí)驗(yàn)儀器做大，刺激學(xué)生感官，學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)儀器參與實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生體驗(yàn)，幫助學(xué)生思考，一舉突破用透明玻璃代替平面鏡。在制作這塊可重復(fù)使用透明玻璃和平面鏡組合鏡過程中，筆者最早設(shè)計(jì)的方案是貼膜，通過嘗試發(fā)現(xiàn)：第一，實(shí)驗(yàn)儀器為一次性用品，實(shí)驗(yàn)中將平面鏡變?yōu)橥该鞑Ａ枰旱裟ぃに旱艉鬅o法重復(fù)使用。第二，貼膜對(duì)教師技術(shù)要求過高。之后筆者改為在透明玻璃后噴一種液體將其變?yōu)槠矫骁R，需要變透明玻璃時(shí)再噴另一種清洗液除去前面的液體。但是這種方法最終也被否決，因?yàn)樵撘后w有刺激性氣味，對(duì)學(xué)生身體有危害。最終通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)才研制出這塊透明玻璃和平面鏡組合鏡，在此過程中設(shè)計(jì)了很多方案，制作了許多實(shí)物，一步步改進(jìn)，最終收獲了成功的喜悅，為夢(mèng)想努力的過程比結(jié)果收獲更多。還有一個(gè)方案也可以很好地突破“確定像的位置”這一教學(xué)難點(diǎn)，將一塊平面鏡鋸成長(zhǎng)條狀，用兩根木條固定這些平面鏡條（平面鏡條水平放置），但是每根平面鏡條之間留有等高的縫隙。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，學(xué)生可以通過平面鏡條清晰看到鏡后的像，再通過平面鏡條之間的縫隙看到鏡后等效替代的物體，從而確定像的位置，實(shí)驗(yàn)效果也很好。

二、自制演示燈箱和平面鏡成像原理實(shí)驗(yàn)，演示平面鏡成像原理

平面鏡成像原理是光的反射，對(duì)八年級(jí)的學(xué)生來說理解難度較大。如用作圖的方法畫兩條入射光線，再畫其反射光線，反射光線進(jìn)入人眼，反向延長(zhǎng)交點(diǎn)便是像，但學(xué)生掌握困難。也有教師用三角形紙袋代替光線操作上述講解，有進(jìn)步，但是學(xué)生還是不易掌握，太抽象。而對(duì)于學(xué)生掌握知識(shí)來說，物理課中效果最好的無疑是實(shí)驗(yàn)，所以面對(duì)八年級(jí)學(xué)生現(xiàn)狀，最后筆者選擇了實(shí)驗(yàn)突破。如何將平面鏡成像原理用實(shí)驗(yàn)的方法展現(xiàn)出來，筆者針對(duì)這一問題提出了自己的設(shè)想，并在同事的幫助下不斷改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)用實(shí)驗(yàn)法演示平面鏡成像原理，在教學(xué)實(shí)踐中取得很好的效果，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，方便學(xué)生理解平面鏡成像原理。筆者先給學(xué)生展示自己自制的演示燈箱，燈箱去頂后截面如圖2所示，在正方形黑色箱體對(duì)角線處固定一塊平面鏡，由于箱體為黑色且有箱頂，學(xué)生觀察不到鏡子的存在，打開燈A使其發(fā)光，學(xué)生在觀察窗處觀察。由于被箱體阻擋，學(xué)生看不到真實(shí)的發(fā)光物體燈A，但可以從鏡面中觀察到燈A的像燈B，會(huì)誤認(rèn)為是燈B在發(fā)光，教師去箱頂，豎立箱體讓學(xué)生觀察真實(shí)情況，學(xué)生會(huì)很驚訝自己的錯(cuò)覺，激起學(xué)生對(duì)平面鏡成像原理的好奇，實(shí)驗(yàn)效果很好。

圖2

為了給學(xué)生解釋上述實(shí)驗(yàn)學(xué)生錯(cuò)覺產(chǎn)生的原因即平面鏡成像原理光的反射，筆者克服了種種困難，自制了一塊平面鏡成像原理實(shí)驗(yàn)演示板，在與自制演示燈箱的截面大小相等的硬紙板上固定一張等大的白紙（白紙可取下），在白紙上畫出黑箱中真實(shí)燈A的位置，筆者設(shè)計(jì)利用激光筆來模擬燈A發(fā)出的光線，為了使光線在白天可見，筆者想了很多方法，首先在一黑色套筒一端直徑處放置一玻璃柱，將激光筆從另一頭插入，可將激光筆發(fā)出的光線在展示板上顯現(xiàn)出來。為了使光線清晰，對(duì)激光筆也進(jìn)行了多次改進(jìn)，綠激光筆效果好，但對(duì)學(xué)生眼睛有傷害未被選擇，最后選擇了用七號(hào)電池做電源的紅激光筆來模擬燈A發(fā)出的入射光線，效果很好（如圖3）。在板對(duì)角線處立一塊平面鏡（不宜過高，否則不好固定；也不宜過低，要便于學(xué)生觀察），筆者經(jīng)過反復(fù)嘗試，最后選擇高度為8 cm的平面鏡，方便固定且學(xué)生觀察效果好，將展示板置于實(shí)物投影儀下，鏡頭放置于展示板C區(qū)域，用兩只激光筆模擬燈A發(fā)出的眾多光線中的兩條，這兩條光線經(jīng)過鏡面處發(fā)生反射至C區(qū)域，通過實(shí)物投影儀進(jìn)入學(xué)生眼中，由于真實(shí)入射光被擋板擋住，學(xué)生觀察不到，教師將展板豎放，請(qǐng)學(xué)生觀察，鏡后并沒有光線，但是學(xué)生真實(shí)的感覺光似乎就是從鏡后傳來的，之所以如此是因?yàn)榇竽X使人們總認(rèn)為進(jìn)入人眼的光線都是沿直線傳來的，學(xué)生便產(chǎn)生了光從平面鏡后發(fā)出的感覺，從而觀察到了燈A的像B，筆者將兩條激光線沿鏡后用虛線延長(zhǎng)找到交點(diǎn)B，再取下白紙，沿鏡面位置對(duì)折白紙，發(fā)現(xiàn)B與燈A重合，即B就是燈A的像。但是進(jìn)入學(xué)生眼中的光線實(shí)際是真實(shí)激光筆發(fā)出的光線在平面鏡面處反射后進(jìn)入學(xué)生眼中的，可見，平面鏡成像的原理為光的反射，由于平面鏡后并沒有實(shí)際光線，所以平面鏡所成的像為反射光線的反向延長(zhǎng)線（虛線）相交形成的虛像。

圖3

整個(gè)過程讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)切身感受，真實(shí)光線入眼，真實(shí)感覺到光似乎就是從鏡后發(fā)出的，學(xué)生在切身體驗(yàn)中學(xué)習(xí)知識(shí)，理解物理原理。筆者認(rèn)為從事物理教學(xué)的教師可以在這方面多花些功夫，嘗試做些實(shí)驗(yàn)來取代平時(shí)學(xué)生較難掌握的理論講解。

后面筆者有幸參與了一節(jié)平面鏡成像的大賽課的輔導(dǎo)工作，在平面鏡成像原理的講解時(shí)，講課教師在筆者自制平面鏡成像原理實(shí)驗(yàn)演示板基礎(chǔ)上創(chuàng)建了一種新的實(shí)驗(yàn)演示平面鏡成像原理的實(shí)驗(yàn)方法（如圖4），用兩只激光筆模擬點(diǎn)A發(fā)出的兩條光線，實(shí)物投影儀放置在C區(qū)域，學(xué)生便可以看到入射光線、反射光線及像等，請(qǐng)學(xué)生在黑板上畫出他所看到的所有光線（現(xiàn)在許多學(xué)校都配有電子白板，其中一塊黑板是可以置于白板〈相當(dāng)于幕布〉上的，學(xué)生將黑板上的展板通過實(shí)物投影儀所成的像中的光線描出即可），效果如圖5，轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)物投影儀請(qǐng)學(xué)生觀察鏡后的光線不存在，應(yīng)為虛線，平面鏡成的像應(yīng)為反射光線的反向延長(zhǎng)線相交形成的虛像，從而揭示平面鏡成像原理為光的反射。這種設(shè)計(jì)能高效利用實(shí)物投影儀，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)視效，使實(shí)驗(yàn)效果更好。

圖4

圖5

為了更好地突破核心點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生的思維生長(zhǎng)點(diǎn)，在物理學(xué)科中，教師的自制教具及原創(chuàng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)會(huì)有很大優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣邔W(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使抽象問題具體化，使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化。好的實(shí)驗(yàn)儀器的制作過程也不見得很復(fù)雜，反而能解決實(shí)際問題。越簡(jiǎn)單、越好制作的實(shí)驗(yàn)儀器會(huì)更受歡迎，實(shí)驗(yàn)操作也要簡(jiǎn)單，這樣才能提高所有學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，才能推廣使用。

筆者通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)用這種“三點(diǎn)、兩面、一體驗(yàn)”加自制教具的方式來進(jìn)行“平面鏡成像”教學(xué)能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效突破核心點(diǎn)，能面向?qū)W生現(xiàn)狀設(shè)計(jì)、制作自制教具，促進(jìn)學(xué)生思維生長(zhǎng)。創(chuàng)新學(xué)生實(shí)驗(yàn)，學(xué)生體驗(yàn)充分，廣大一線中學(xué)物理教師也希望能仁者見仁、智者見智，更好地為廣大學(xué)生服務(wù)。