基于問題鏈的初中物理實驗教學設計①
——以“探究平面鏡成像的特點”為例

王永剛

(甘肅省岷縣城郊初級中學，甘肅 定西 748400)

1 引言

《義務教育物理課程標準(2011年版)》(以下簡稱課標)指出：科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式，科學探究涉及提出問題、猜想與假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作等要素。在初中物理實驗教學中，把教學目標轉化成問題，把這些問題根據邏輯關系構成問題鏈，引導學生進行科學探究，可以促進學生的科學思維發展，幫助學生形成物理觀念，培養學生認真嚴謹、實事求是的科學態度和責任，從而發展學生的物理學科核心素養。本文以人教版“探究平面鏡成像的特點”的教學為例，展示教學設計過程。

2 教材和學情分析

“探究平面鏡成像的特點”是課標規定的學生必做實驗，對本實驗的要求是：通過實驗，探究平面鏡成像時像與物的關系，知道平面鏡成像的特點及應用。[1]本節內容是學生在學習了光的反射規律后的實驗探究課，所研究的現象與規律貼近實際生活，讓學生在教師的帶領、啟發下，經歷一個相對完整的科學探究過程，了解科學探究的基本要素。

學生對平面鏡很熟悉，知道物體放在平面鏡前會成像，但是對于平面鏡成像特點不一定清楚。通過前面的學習，學生已經具有一定的科學探究能力，為本節課探究平面鏡成像的特點奠定了基礎。

3 教學目標的確定

依據課標要求、教材內容的安排和學生學情，筆者從物理觀念、科學探究、科學思維、科學態度與責任四個方面確定了如下教學目標。

(1) 物理觀念

① 描述平面鏡成像的特點；

② 知道平面鏡成像的規律。

(2) 科學探究

① 根據情境，提出問題：平面鏡成像時，像的位置、大小跟物體的位置、大小有什么關系？

② 結合情境，提出科學猜想和假設。

③ 依據猜想和假設選擇實驗器材，設計實驗方案。

④ 根據實驗方案進行實驗、收集證據。

⑤ 對收集到的信息進行簡單的歸類比較，經歷從物理現象和實驗中歸納、總結科學規律的過程，總結出平面鏡成像的特點。

⑥ 合理分工，相互合作，具有團隊意識，能表述自己的觀點。

(3) 科學思維

① 能根據實驗數據和現象進行科學推理，得出平面鏡成像的特點。

② 會用平面鏡成像的規律作圖，建構平面鏡成像的模型。

③ 通過探究，感受等效替代方法在科學探究中的應用。

(4) 科學態度與責任

經歷科學探究的過程，培養嚴謹認真、實事求是的科學態度，具有安全意識。

4 教學過程設計

4.1 激趣導入

教師在玻璃板前放一支點燃的蠟燭，在玻璃板后放一個大燒杯，恰好使蠟燭的像成在燒杯中。從學生的角度看，燒杯中也有一支蠟燭在燃燒。

師：如果我往燭焰上澆水，會有什么現象發生呢？

生：燭焰會被澆滅。

教師往玻璃板后面的“燭焰”上澆水，提醒學生注意觀察現象，學生看到水不斷地澆在燭焰上，直到燒杯里的水滿了，燭焰被淹沒在水中，但是燭焰仍然沒有熄滅。

師：澆滅了沒有？

生：沒有。

師：為什么沒有澆滅呢？

教師請幾位同學上來觀察，告訴大家謎底。

生：后面根本就沒有蠟燭，更別說點燃的蠟燭了。

師：對！后面根本就沒有蠟燭，沒上來看的同學可能不相信，沒關系，讓我們通過今天的學習，弄清楚我們看到的“澆不滅蠟燭”到底是怎么回事，通過科學探究來總結平面鏡成像的特點。

設計意圖：通過演示與學生生活經驗似乎不相符的實驗，引起學生的認知沖突，進而激起學生求知的欲望，順利引入課題，讓學生知道物理知識是從生活中來的，體現了“從生活走向物理”的課程理念，同時為接下來的探究中用玻璃板來代替平面鏡埋下伏筆。

4.2 自主學習

4.2.1 根據情境，進行猜想與假設

教師讓學生拿平面鏡觀察自己在平面鏡中所成的像，討論以下問題：

(1) 通過觀察，你發現自己在平面鏡中所成的像和自己的大小有什么關系？

(2) 當你遠離或者靠近平面鏡時，像到平面鏡的距離是如何變化的？

(3) 你在平面鏡中成的像是倒立的還是正立的？

(4) 讓另一位同學到平面鏡后面看，能不能看到你的像？

學生體驗并且討論老師提出的問題。

在問題鏈的引導下，學生體驗活動，師生共同猜想：平面鏡所成的像可能是正立、等大的虛像，像到平面鏡的距離可能與物體到平面鏡的距離相等。

師：如何知道我們的猜想到底對不對呢？

生：通過實驗證明。

師：請利用桌上的實驗器材，設計實驗方案和數據記錄表格。

4.2.2 根據猜想，設計方案

學生閱讀課本，小組內交流合作，設計實驗方案和表格。

教師觀察各組制定實驗方案的情況，及時發現學生的正確做法和不足之處，為后面的點評、解疑環節奠定基礎，力求對學生的學習過程做到基于證據的評價，注重過程評價與結果評價相結合。

設計意圖：為了在教學中做到“提問有依，猜想有據，設計有方，改進有法，評價有思，交流有想”，在重視證據、尋找證據、解釋證據的過程中培養學生的科學思維能力。用問題鏈引導學生，讓學生做基于證據的猜想，在做出猜想和假設后讓學生閱讀教材，制定實驗方案，由此培養學生閱讀文本和合作交流的能力。

4.3 交流展示

教師請兩個小組的同學分別上臺，展示他們設計的實驗方案，其他組同學注意和自己組的實驗方案進行對比，指出他們做得好的地方和需要改進的地方。

設計意圖：教師選擇兩個具有代表性的小組上臺展示實驗方案，先讓有改進之處的小組展示，暴露出容易出現的問題，讓其他組的學生提出改進辦法，加深學生對易錯點的印象。然后讓方案制定得較好的一組上臺展示，起到示范的作用。

4.4 點評解疑

教師引導學生分小組試著找像，用另一支蠟燭代替平面鏡前面的那支蠟燭所成的像。

師：請談一下找像的感受。

生：從平面鏡前看，鏡子后面有一個像，可是當我們拿著另一支蠟燭嘗試去和像重合時，在鏡子后面卻看不到像。

師：我們在鏡子前面看到的像是反射光線的延長線的會聚，不是實際光線的會聚，這樣的像叫虛像。如何才能既在前面看到鏡子后面那個像，又能看到鏡子后面那支用來代替像的蠟燭呢？讓我們一起來找一下。

教師演示實驗，拿出一塊厚茶色玻璃，事先用長尾夾在一面夾上牛皮紙，在玻璃前點燃一支蠟燭，這時只能在玻璃前看到蠟燭的像，卻看不到玻璃后面的蠟燭，當老師取掉夾在玻璃后面的牛皮紙時，既可以看到在玻璃后面的像，又能看到用來代替像的另外一支蠟燭。

這時學生恍然大悟，知道在此實驗中為了便于找像，可用玻璃板代替平面鏡，可是當老師用另一支蠟燭代替像的時候，發現玻璃板后面有兩個像。

師：我們到底要讓后面這支蠟燭和哪個像重合更合理呢？為什么會出現兩個像？

學生思考、討論，教師拿出一塊很薄的玻璃板替換掉那塊較厚的玻璃板，發現玻璃板后面只有一個像，很容易用另一支蠟燭代替前面蠟燭的像，這時，老師告訴學生：剛才看到兩個像，是因為所用的玻璃板比較厚，前后兩個面各成一個像，現在換用比較薄的玻璃板，前后兩個面所成的像幾乎重合，我們就會較容易地用另一支蠟燭代替它的像。

解決了同學們的疑惑后，老師引導學生動手實驗，收集數據，提醒他們實驗時注意安全，防止燙傷，及時記錄數據，根據數據總結出實驗結論。

設計意圖：(1) 適時地對學生進行鼓勵，激發學生的學習興趣，讓學生有獲得感、成就感，關注過程評價在課堂教學中的重要作用。(2) 用問題鏈引導學生，讓學生在體驗的基礎上理解虛像的意義。體會用玻璃板代替平面鏡的原因，知道該實驗中要盡量選取薄的玻璃板代替平面鏡，理解用另一支蠟燭代替平面鏡前那支蠟燭的像時運用了等效替代法。通過板書畫出平面鏡成像的原理圖，建構平面鏡成像的模型，促進學生對虛像的理解，促進學生科學思維發展，突破難點。(3) 關注學生共性的、普遍容易出現的錯誤，提醒學生注意記錄數據，要求學生規范、安全地做實驗。

4.5 練習總結

4.5.1 布置練習

教師請同學們以小組為單位，重做“澆不滅的蠟燭”實驗，并嘗試解釋平面鏡后面的那支蠟燭澆不滅的原因，完成教材“動手動腦學物理”欄目的第2題。

設計意圖：通過設計具有實踐性的練習題，判斷學生能否實現知識遷移，據此檢驗學生對學習目標的達成度，同時讓學生知道物理知識在生活中是有用的，踐行“從物理走向社會”的課程理念。

4.5.2 課堂小結

讓學生交流本節課的收獲，師生一起總結本節課所學到的知識和方法。

設計意圖：通過課堂小結，使學生學到的知識結構化，加深記憶，起到鞏固強化的作用。

5 教學反思

以問題鏈為主線，圍繞“知識從哪里來、知識是什么、知識有什么用”三個方面設計實驗教學，體現了“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。

構建“激趣導入、自主學習、交流展示、點評解疑、練習總結”五環節的初中物理實驗教學，通過新奇實驗現象的導入，激發學生學習的興趣、求知欲，引發學生的認知沖突，讓學生知道知識從生活中來，通過問題探明學生的前概念，做到精準教學；用問題鏈引導學生科學猜想，通過閱讀文本、小組合作設計實驗、進行實驗驗證的自主學習過程，讓學生明白為什么要做實驗；通過實驗、收集證據，培養學生的科學探究能力，鍛煉學生的動手能力，促進學生對轉換法、控制變量法、等效替代法等科學方法的理解，促進學生的科學思維發展，幫助學生形成物理觀念，培養學生認真嚴謹、實事求是的科學態度和責任；交流展示可以培養學生的語言表達能力，暴露學生容易出現的錯誤，使教師的點評、解疑有的放矢，做到精準點評；練習即課后評價，無錫市梁溪區教師發展中心的張世成老師把它叫后測，認為后測是用證據的方式來判斷學習目標是否達成，這是以學定教的體現，后測的“靶子”是學習目標，這個環節要基于學習目標設計具有實踐性的習題，對學生學習效果進行基于證據的評價；課堂小結，可以幫助學生實現知識結構化，起到鞏固知識的作用。

6 結語

用問題鏈引導學生，在教師創設的情境中，學生經歷提出問題、根據情境提出猜想和假設、設計實驗和制定計劃、展示交流、優化實驗方案等過程，知道為什么要做實驗，怎么做實驗；通過科學探究，讓學生知道知識從哪里來，怎樣獲取知識，知識是什么，從而讓初中物理實驗教學中的科學探究更加順暢，科學探究的要素更加完整，進而提高學生的物理學科核心素養。