“沉浸式體驗(yàn)”初中物理教學(xué)案例分析①
——以“探究平面鏡成像特點(diǎn)”為例

潘 月

(江蘇省南京市金陵中學(xué)溧水分校,江蘇 南京 211299)

1 教學(xué)分析

1.1 教材分析

蘇科版初中物理教材中“平面鏡”包含兩塊內(nèi)容,一是平面鏡成像特點(diǎn)的探究活動(dòng),二是平面鏡的應(yīng)用。在第一板塊中,教學(xué)重點(diǎn)是探究平面鏡成像特點(diǎn),教學(xué)難點(diǎn)是確定像的位置、比較像與物的大小、理解虛像的概念。圍繞該板塊,教師教學(xué)用書給出的教學(xué)目標(biāo)是:經(jīng)歷探究平面鏡成像特點(diǎn)的過程,培養(yǎng)通過觀察提出假想、制定探究計(jì)劃、動(dòng)手操作、收集證據(jù)和分析概括等方面的研究能力;在活動(dòng)中,學(xué)會(huì)與他人分享探究成果,并初步養(yǎng)成甄別假設(shè)、調(diào)整探究計(jì)劃的意識(shí);體驗(yàn)克服困難、解決問題的喜悅,進(jìn)一步激發(fā)對(duì)平面鏡成像原理的好奇心和求知欲。[1]

1.2 現(xiàn)狀分析

有的教師在探究平面鏡成像特點(diǎn)的教學(xué)中,對(duì)重難點(diǎn)中“確定像的位置”和“比較像與物的大小”的處理往往節(jié)奏過快、過于簡單。比如只說明可以“用茶色玻璃板代替平面鏡”,如果平面鏡不行,那生活中更為常見的透明玻璃板是否可以?是否也應(yīng)該讓學(xué)生探究一下、體驗(yàn)一下呢?畢竟在學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)中,茶色玻璃板是極為少見的。再比如為了比較棋子A的像與物的大小關(guān)系,需要選擇和棋子A完全相同的棋子B進(jìn)行研究,為什么要選用相同的棋子B?有沒有其他的方案可供選擇呢?這些問題在教學(xué)中都應(yīng)該得到重視。[2]

而實(shí)際上,或是因?yàn)檎n堂時(shí)間有限,要確保完成既定目標(biāo)不能太過深入探究;或是因?yàn)闆]有真正深入把握學(xué)情、理解教材編寫意圖,以致于無法有效達(dá)成 “在活動(dòng)中,初步養(yǎng)成甄別假設(shè)、調(diào)整探究計(jì)劃的意識(shí),以及體會(huì)克服困難、解決問題時(shí)的喜悅”這一既定目標(biāo)。

基于以上對(duì)教材和教學(xué)現(xiàn)狀的分析,筆者以“探究平面鏡成像特點(diǎn)”為例,展示并分析基于學(xué)生沉浸式體驗(yàn)的教學(xué)。

2 教學(xué)案例分析

2.1 情境體驗(yàn),觀察現(xiàn)象,提出猜想

在探究平面鏡成像特點(diǎn)前,讓學(xué)生明確探究的目標(biāo)是像和物的特點(diǎn)及關(guān)系,接著通過師生互動(dòng)提出猜想。

師:這里有一面大鏡子,請(qǐng)同學(xué)上來體驗(yàn)下照鏡子的感覺。你認(rèn)為你在鏡子里所成的像大概在什么位置?

生:在鏡子后面。

師:你認(rèn)為像和你的大小的關(guān)系如何?

生:好像是一樣大,不過靠近鏡子的時(shí)候感覺更大一點(diǎn),遠(yuǎn)離鏡子的時(shí)候會(huì)變小。

師:請(qǐng)全體同學(xué)拿出實(shí)驗(yàn)盒里的1號(hào)平面鏡也嘗試一下,當(dāng)你靠近和遠(yuǎn)離平面鏡時(shí),像的大小是否會(huì)變?同時(shí)你靠近平面鏡時(shí)像會(huì)怎么運(yùn)動(dòng)?由此你猜想像到平面鏡的距離和物到平面鏡的距離的關(guān)系可能是怎樣的?

生:像的大小確實(shí)會(huì)改變,并且物體靠近或遠(yuǎn)離平面鏡時(shí),像也同時(shí)靠近或遠(yuǎn)離平面鏡。猜想像到平面鏡的距離可能和物到平面鏡的距離相等。

基于體驗(yàn),學(xué)生提出以下猜想:(1) 像的位置在平面鏡后;(2) 像的大小會(huì)隨物體到平面鏡距離的改變而改變,可能比物體小、大或者相等;(3) 像到平面鏡的距離和物到平面鏡的距離相等。

案例分析:對(duì)于平面鏡成像特點(diǎn)的3個(gè)猜想,不能僅僅依靠學(xué)生照鏡子的回憶來提出,應(yīng)該讓所有學(xué)生都有真實(shí)體驗(yàn),并根據(jù)教師提出的問題分次體驗(yàn),明確每一次體驗(yàn)的目的。在這里筆者沒有要求學(xué)生一定要提出和書本中所述的“像與物等大”相同的猜想。

2.2 對(duì)比體驗(yàn),總結(jié)歸納,呼出“主角”

探究平面鏡成像特點(diǎn)的首要任務(wù)是確定像的位置。筆者通過學(xué)生對(duì)鏡子、透明玻璃板和茶色玻璃板的對(duì)比體驗(yàn),將茶色玻璃板的作用凸顯出來。

師:剛才我們猜想像是在平面鏡后方的,你能否用手指一指、戳一戳棋子的像,找出它大概在1號(hào)平面鏡后面什么位置呢?

教師拍照并投影展示學(xué)生找1號(hào)平面鏡后像的位置的情景(圖1)。

圖1

師:你們做出的結(jié)果是不是也和投影上的一樣?你們找到像在平面鏡后方大致位置了嗎?

生:找不到,后面的手指被擋住了,看不出來。

師:明明那個(gè)像就在后面,為什么被擋住找不到呢?提示大家可以把1號(hào)平面鏡反過來看一下?

生:反面鍍了一層膜,難怪被擋住了。

師:如果我們選擇1號(hào)平面鏡,雖然成像很清晰,但無法確定像的位置。

師:膜妨礙我們找像了,我們應(yīng)該怎么做?

生:撕掉膜。

師:撕掉背面的膜后平面鏡就變成什么了?

生:透明玻璃。

師:這就是老師為你們準(zhǔn)備的2號(hào)器材,那接下來請(qǐng)同學(xué)們用2號(hào)玻璃板來找一找后面像的位置。

教師拍照并投影展示學(xué)生找2號(hào)玻璃板后像的位置的情景(圖2)。

圖2

師:同學(xué)們找到像在玻璃板后面大致的位置了嗎?有什么困難?

生:手指能點(diǎn)到像的位置,這次沒有被擋住,但是像不太清晰。

師:與1號(hào)平面鏡相比,透明的玻璃板雖然可以確定像的大致位置,但是像很不清晰,下面我們來分析實(shí)驗(yàn)記錄(表1)。

表1

師:要完成實(shí)驗(yàn),我們希望找到一個(gè)什么樣的平面鏡呢?

生:利用它既能成清晰的像,又能確定像的位置。

師:它就是3號(hào)茶色玻璃板,老師把它藏在實(shí)驗(yàn)桌的抽屜里,大家一起拿出今天實(shí)驗(yàn)的“主角”,再次找像。

教師拍照并投影展示學(xué)生找3號(hào)茶色玻璃板后像的情景(圖3),引導(dǎo)學(xué)生總結(jié):選用茶色玻璃板便于確定像的位置,解決了如何確定像位置的問題。

圖3

案例分析:在解決如何確定像的位置問題時(shí),從學(xué)生最熟悉的鍍膜平面鏡入手,再到常見的透明玻璃板,最后選用茶色玻璃板,始終讓學(xué)生動(dòng)手體驗(yàn),觀察現(xiàn)象,對(duì)比分析,主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。既符合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),也符合事物之間內(nèi)在的邏輯順序。茶色玻璃板的“壓軸出場”是“千呼萬喚始出來的”,這種沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)過程深化了學(xué)生對(duì)茶色玻璃板作用的理解。

2.3 找像體驗(yàn),為何等效?如何等效?

在確定了像的位置后,亟待解決的問題是:如何比較像和物的大小?這里要用到等效替代法,但為什么要用等效替代法?誰等效替代誰?還能有其他的替代方案嗎?接下來的教學(xué)將逐一回答上述問題。

師:選用茶色玻璃板便于確定像的位置,我們已經(jīng)找到了鏡后像的大致位置,從而驗(yàn)證了猜想(1),接下來要驗(yàn)證猜想(2),你打算如何驗(yàn)證?

生1:改變棋子A的位置,依次找到它在每個(gè)位置的像,將像與物體的大小進(jìn)行比較。

生2:我也贊同這個(gè)方案,改變棋子A的位置很容易,但是我們不知道怎么比較像和物的大小。

師:剛才同學(xué)提出了一個(gè)很值得研究的問題:如何比較像和物的大小?我想請(qǐng)一位同學(xué)上臺(tái)試一試。

教師邀請(qǐng)一位學(xué)生上來照鏡子,并請(qǐng)這位同學(xué)走到鏡子后面去和他的像比一比。該學(xué)生真走到鏡子后面去找像,這時(shí)臺(tái)下的學(xué)生都哈哈大笑,議論紛紛,臺(tái)上的同學(xué)也感覺到了不對(duì)勁。學(xué)生此時(shí)都知道了人走到鏡子后面,鏡子里就沒有像了,如何比較物和像的大小呢?

師:人走到鏡子后面,像就沒有了,那有沒有什么辦法可以讓人一邊停在鏡子前面,一邊跑到鏡子后面去進(jìn)行比較呢?

生:不可能的,除非有個(gè)克隆人。

師:如果用前面所用的棋子A作為物體,那我們需要什么?

生:“克隆”的棋子。

師:“克隆”的棋子就是和棋子A一模一樣的棋子吧?我們現(xiàn)在要做的就是用一個(gè)和棋子A完全相同的棋子B去等效替代棋子A,并進(jìn)行比較。請(qǐng)同學(xué)們利用實(shí)驗(yàn)盒里的器材,按照設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),完成猜想(3)的驗(yàn)證。

如圖4所示,學(xué)生將茶色玻璃板沿著紙上的標(biāo)記線垂直桌面放置,改變物體的位置時(shí),依次標(biāo)記對(duì)應(yīng)的物體和像的位置。

圖4

師:你們觀察到了什么現(xiàn)象?有沒有驗(yàn)證猜想(2)和猜想(3)?

生1:改變棋子A的位置,不管是靠近還是遠(yuǎn)離茶色玻璃板,發(fā)現(xiàn)棋子A的像都能和棋子B完全重合,說明像和物體是等大的,與距離無關(guān)。

生2:我還測量了每次像到茶色玻璃板的距離和物體到茶色玻璃板的距離,發(fā)現(xiàn)基本是相等的。

師生共同總結(jié),得出結(jié)論:像在平面鏡后面;像與物體等大;像到平面鏡和物到平面鏡的距離相等。

師:為什么實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論是像與物等大,而之前體驗(yàn)的時(shí)候總感覺近大遠(yuǎn)小呢?這是由于視角差異導(dǎo)致了如圖5所示的錯(cuò)覺。

圖5

師:剛才在比較像與物的大小關(guān)系時(shí),我們是讓“克隆”的物體主動(dòng)“走”到鏡子后面去和像比較的,你覺得還有什么別的比較方法嗎?

生1:還可以讓“克隆”的像走到鏡子前面和物體比較。

生2:都不知道像有多大,怎么“克隆”啊?

師:不知道像有多大,可不可以放一個(gè)物體到像的位置,通過調(diào)整該物體的形狀和大小直到在鏡前看到它與像重合,這樣就可以用這個(gè)物體來等效替代像了,再將該物體拿到鏡前和成像的物體進(jìn)行比較,是否可行?要找到這樣一個(gè)形狀、大小可以調(diào)節(jié)的適宜的物體具有一定難度,可行性欠佳。

案例分析:在以上環(huán)節(jié)中讓學(xué)生體會(huì)走到鏡后找像的窘迫感,迫切要給物體找個(gè)“克隆”的替身才能比較像和物體的大小,從中解決了為什么要等效替代、究竟是誰等效替代誰的問題。同時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生分析,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)也可以選擇給像找個(gè)“克隆”的替身,進(jìn)行像的等效替代,有人還研究并設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)大小可以調(diào)節(jié)的物體——“自制可伸縮抽拉式水槍”進(jìn)行探究。[2]雖然這種等效替代的可操作性不如前者那樣簡便,但是從發(fā)展學(xué)生思維的角度來看,可以適當(dāng)引導(dǎo),讓學(xué)生體會(huì)到等效替代的方法不止一種,問題解決的方式可多樣。

3 結(jié)語

以上教學(xué)設(shè)計(jì)是筆者在實(shí)際教學(xué)中圍繞蘇科版初中物理教材研究、改進(jìn)而成。通過照鏡子的沉浸式初體驗(yàn),讓學(xué)生提出自己的猜想,而非教材中的猜想(如像與物等大)。通過1號(hào)平面鏡、2號(hào)透明玻璃板和3號(hào)茶色玻璃板的沉浸式對(duì)比體驗(yàn),凸顯茶色玻璃板的作用,突破了“確定像的位置”這一難點(diǎn)。結(jié)合鏡后找像的體驗(yàn),設(shè)計(jì)問題串,引導(dǎo)學(xué)生思考:為什么要用等效替代法找像?誰等效替代誰?還可以怎樣進(jìn)行等效替代?以加深學(xué)生的理解,拓寬學(xué)生的思維,突破“比較像和物的大小”的教學(xué)難點(diǎn)。

由于課堂時(shí)間的限制,在探究平面鏡成像特點(diǎn)時(shí),只研究了平面鏡垂直于桌面的情況,無論是從實(shí)驗(yàn)的普遍性還是生活實(shí)際來看,都存在一定的不足之處。有人設(shè)計(jì)出了平面鏡和臺(tái)面成不同夾角的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材,來探究更為普通的平面鏡成像規(guī)律,值得借鑒學(xué)習(xí)。[3-4]另外本節(jié)課中用到的三塊鏡子的優(yōu)、缺點(diǎn)形成原因沒有來得及解釋,平面鏡鍍膜反射能力強(qiáng),成像效果好。透明玻璃由于太過透明,光線大多透射過去,反射的光較少,成像很不清晰。然而這一不足也可以作為后續(xù)的教學(xué)資源,為學(xué)生后面學(xué)習(xí)平面鏡成像原理和光的折射埋下伏筆。