基于問題鏈的初中物理單元復習設計

馬愷晨

［摘 要］文章對現行義務教育物理課程標準和“光現象”單元內容進行了分析整理，設計了本單元的復習教學流程圖，將問題鏈與活動學習相結合設計了復習教學方案。期望文中所提的小階梯高目標的項目式學習能夠為初中物理教師的“光現象”單元復習教學提供參考。

［關鍵詞］問題鏈；單元復習；初中物理；光現象

［中圖分類號］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）20-0039-04

《義務教育物理課程標準（2022年版）》在課程實施的教學建議中提到：要靈活運用多種教學方式，其中一個建議便是突出問題教學。《課標》中提到“問題教學”為學生提供了一個交流、合作、探索、發展的平臺，促使學生在問題解決中主動運用知識。

“光現象”單元是蘇科版教材八年級上冊第三章的內容，是初中學生剛接觸物理之后碰到的第一個較難理解的內容，也是應用性、實踐性、抽象性較強的基礎物理知識。在學完光現象單元之后，很多學生表示還沒有完全理解“光線”這一抽象概念，對光的反射、漫反射等現象都還是一知半解的。尤其是教師在下一單元將光的折射與光的反射作對比時，那些本來就對光學知識拿捏不準的學生疑惑更甚。因此，在“光現象”這一單元學習結束后進行復習是很有必要的。教師設計的復習課中，問題應當追求真實、有趣、有效、扎實。

一、“光現象”單元教學研究現狀

有關光學單元的文獻，主要有以下幾種：

1.對初中學生有關光現象的前概念的專題研究。這類研究大多數是先定義前概念，而后對不同年齡段學生的前概念展開調查。陜西師范大學某篇文章研究初一學生存在的“光現象”的前概念，具體有：①人的眼睛發出的光照射在物體上才能看到物體；②光傳播是要消耗時間的；③光通過放大鏡或者眼鏡之后會變多，所以才看得更清楚；④物體到平面鏡的距離發生變化，平面鏡所成的像的大小也會隨之發生變化；⑤光沒有顏色，物體本身的顏色會在光照射到時把光染色。

山東師范大學某篇文章研究的初中學生“光現象”的前概念，具體有：①視覺和光之間沒有直接聯系；②真空里光無法傳播；③人靠近平面鏡，像會變大，遠離平面鏡，像會變小；④必須要有光屏才能夠成像；⑤光的形狀取決于光源的形狀。

其中最為獨特的是有學者專門研究了師范類院校學生對光現象存在的前概念，具體有：①人眼、物體和像在同一直線上時才能夠看到像；②像的位置的影響因素之一是觀察者的位置；③像成在平面鏡上；④關于凸透鏡成像過程有的大學生不甚明了，有的大學生無法畫出凸透鏡成像的光路圖。

不少學者從外部及內部因素分析學生光學典型前概念的形成原因，并提出聯系生活實際、同化物理概念、開展實驗教學、巧設生活情境等幫助學生理解掌握光現象相關知識的措施。

2.對初中光學實驗的改進與突破。在光學單元的學習中，實驗對學生的影響是巨大的。學生在還未系統接觸光學知識前，教師運用實驗引入時要特別注意演示實驗的呈現形式，實驗操作的可行性等因素。在運用實驗開展教學時，一方面，教師的實驗教學大多按照固定模式進行，缺少實驗該有的靈活性和探究性；另一方面，學生受制于傳統的填鴨式教學，遇到實驗時縮手縮腳，只是按照教師講的步驟進行一遍實驗，走一下流程。這樣的實驗效果不盡如人意。有學者提出應當從學情出發，激發學生的學習興趣，并且要關注學生對概念和規律的理解，以鍛煉學生的物理思維能力。

3.對初中物理光學單元教學質量低下的原因進行分析。學生在學習光現象時主要有以下幾個方面的困惑：實驗效果不清晰、理論和實踐缺少聯系、相近概念容易混淆。①實驗效果不清晰主要是因為便于實驗用的激光源沒有大量投入到實際教學中，在演示實驗中背景法和散射呈現法往往受制于實驗器材的選擇。②理論和實踐缺少聯系主要是因為大部分學生學習光學時是通過大量的習題來鞏固知識的；課堂上除教師進行的演示實驗外，學生能夠參與的自主探究很少；課后除教師布置的作業外，也沒有實際動手探究過程。③相近概念混淆主要出現在光的反射與折射的區分不清，凹（凸）透鏡與凹（凸）面鏡混淆不清。由于凹（凸）面鏡在教材中的篇幅短，教師上課時也不把這部分內容作為教學重點，常常是簡略帶過。在問及凹（凸）面鏡的知識時，學生常常會以透鏡的知識來回答。

二、“光現象”單元教學內容分析

（一）“光現象”單元課程標準分析

《課標》提出五個基本理念：①面向全體學生，培養學生核心素養；②從生活走向物理，從物理走向社會；③以主題為線索，構建課程結構；④注重科學探究，倡導教學方式多樣化；⑤發揮評價的育人功能，促進學生核心素養發展。

從表1可以看出課程目標的設計立足于《課標》提出的五個基本理念，在此基礎上又對物理教學如何拓展學生生活經驗、如何將物理學科與其他學科建立廣泛聯系等提出了進一步的要求。

“光現象”單元被《課標》歸類為“運動與相互作用”這一科學內容。與此同時《課標》給出了整個單元的內容要求和活動建議，筆者將其分成幾部分來闡明：

1.物理觀念維度

（1）了解白光的組成和不同色光的混合情況；知道人如何看見物體的顏色；知道存在不可見的光；了解光具有能量；認識光沿直線傳播。

（2）了解光的反射定律及其特點。

（3）知道平面鏡成像的特點及應用。

2.科學思維維度

（1）通過生活現象分析光的傳播是否需要介質的。

（2）通過實驗發現光的傳播特點。

（3）根據光傳播特點建立光線模型。

3.科學探究維度

（1）通過實驗探究兩種光源分別射出的不同色光的混合情況。

（2）通過實驗，探究并了解光的反射定律。

（3）通過實驗，探究平面鏡成像時像與物的關系。

4.科學態度與責任維度

（1）了解光對人類生活以及生產方式的影響，使學生初步學會從生活和自然現象中發現問題，以及如何恰當地表述問題。

（2）開闊學生的視野，使學生把理論與實際相結合，經歷科學探究的過程，感受現代科學技術的力量。

（二）“光現象”單元教材內容分析

為了更好地研究“光現象”這部分內容的教學設計，本文從教材地位與作用、教學重難點、知識結構這幾個方面對“光現象”單元的教學內容進行分析。

1.教材地位與作用

“光現象”單元是蘇科版教材八年級上冊第三章的內容，共26頁。作為初中生初探光學的第一個單元，它既是學生系統學習光學知識的起點，也是后面章節光的折射、透鏡等內容的鋪墊。作為一個全新知識體系的開篇之作，對學生后續的光學學習意義重大。這一單元的知識較多且與生活息息相關，教師可以運用生活中常見的現象引導學生學習基礎知識，層層遞進設計教學過程以提升學生分析綜合問題的能力。從表2中可以看出“光的色彩 顏色”和“光的反射”這兩個小節是初中光學中比重最大的。前者是介紹光的基礎知識，后者則是光學的核心概念。

2.知識邏輯結構

“光現象”單元是初中物理中抽象性較強的一個單元，也是學生學習光學的基礎。初中生所學的“光現象”知識以光線概念為基礎，以光的反射定律為核心，以光的反射現象為表現形式。基于對教材及課標的解讀確定了如下的思維導圖：

3.教學重難點

教學重點是學科結構中的重要節點，是對其他知識起著統領作用的內容。教學重點對實際教學中教學目標的達成起著關鍵作用。教學難點是學生在已有知識的基礎上需要經過一定的努力才能理解的內容。教學重點一般由教學內容決定，而教學難點則是由教學內容和學生學情共同決定。基于上述對教學內容邏輯結構的分析以及學生學情的分析，再結合課程標準的要求綜合得出“光現象”單元的教學關鍵點在于“光的反射”這一核心概念，教學難點則是“平面鏡成像”這一探究實驗。

教學重點：光的折射這一知識的突破方式，即綜合運用生活實例和多媒體教學工具并輔以圖像分析。

教學難點：平面鏡成像這一知識包含探究與應用兩個方面的內容，難點可拆分為虛像概念的理解和像的位置的確定。前者是概念型難點，突破方法：用虛實像對比增強概念的可辨別性。后者是實驗操作性難點，突破方法：學生閱讀實驗器材說明書并進行組內交流討論，教師在學生討論時輔以適當引導。

三、設計復習教學流程圖

基于上述思維導圖，運用進階式的項目活動學習來設計教學流程圖，圍繞項目“探究在運動的鏡子中看到的自己是怎樣的”將單元內容統整于圖2。

復習教學路線從最基礎的光學概念開始逐步轉向抽象的深層的光學部分（光的直線傳播、光的反射）最后到更高層次的探究（動鏡問題）。將一個難度較高的問題分解成幾個難度進階的問題來處理，形成問題鏈。通過每一個問題的解決，把碎片拼成整體。在這樣的活動項目中復習，學生既可以鍛煉科學探索能力，又可以提高與他人交流合作的能力。

四、“光現象”單元復習設計分析

本單元以“動鏡問題”為統領引出一系列問題。從光學基礎知識的學習開始，一步步遞進，逐步揭開問題的核心，最終以開放式的學習報告的形式鼓勵學生進行自主探究。在基于問題鏈的復習中，考慮到學生的心理發展水平和認知能力，教師并未完全按照教材的安排來進行教學，而是以層層遞進式的問題把多個知識點重新融合排布。

1.為什么能看到物體？

第一個問題包含了光的色散、色光的混合等知識。這一環節教師運用多媒體播放視頻、演示實驗以達到激發學生對光學單元復習的興趣，使學生感到物理與生活之間存在千絲萬縷的聯系。本環節應當在輕松愉悅的氛圍中使學生回顧新模塊的基礎性知識，并且為下一個環節的開展埋下伏筆。

2.存在看不見的光嗎？（紫外線和紅外線具有能量）

承接上一環節的伏筆，教師引導學生對“聲音具有能量”這一性質進行發散性思考，并猜想“光是否也具有能量”。緊接著，教師引導學生類比聯想，并思考紫光外側是否同樣存在人眼看不見的光。學生通過回顧課本找出答案，并了解紅外線和紫外線在生活中的應用。此環節的內容可以看作上一環節基礎性知識的補充。主要教學目標是通過讓學生嘗試運用可見的熱效應來研究不可見的事物加深學生對轉換法的認識。

3.光如何傳播？

教師引導學生在手影游戲中回憶影子形成的原因。教師在復習過程中更多地扮演一個引導者，在學生遇到困難時加以點撥，而不是讓學生完全按書本復習操作。如此設計是為了使學生能夠知道光的傳播規律并能夠運用光的直線傳播解釋小孔成像、日食等現象。

4.人如何看到鏡子中的自己？

要研究動鏡問題，可以先從一般的靜止狀態的平面鏡來研究成像問題。這里就涉及兩個問題：一是平面鏡成像有什么特點？（即平面鏡成像特點的探究）二是平面鏡成像背后的原理是什么？（即光的反射定律）問題逐層遞進。對平面鏡成像的特點和光的反射定律的回顧均采用開放式的自主學習方式，所以教師應當在課前準確把握學生對知識的掌握情況，在課堂上及時做好引導工作，以保證活動能夠順利進行。

5.動鏡問題

作為這一單元統領性的也是難度最高的問題，學生需要在這一項目中解決為什么能看到像、像有什么特點等綜合性問題，這無疑是建立在前面的小階梯目標達成的基礎上的。教師可采取綜合實踐活動的形式對此問題進行設計。學生課后分小組搜集資料（教師可提供一些建議），圍繞“如何用實驗驗證猜想”和“實驗需要哪些器材”兩個問題進行討論，設計實驗方案。例如，可對鏡面的運動方式進行分類，分成平動、轉動等（每個小組可僅對其中的一種方式進行實驗研究），小組根據設計好的實驗整理收集到的信息，整合撰寫實驗報告，用于課堂上的交流討論。這一設計十分考驗學生對所學知識的整體把握能力，分小組進行可以彌補個人單獨實驗的各種缺陷。此綜合活動的目的是進一步提高學生通過觀察現象提出問題和假設、根據研究目的制訂研究計劃、設計并進行實驗、收集和辨別處理信息的能力。學生設計實驗提交報告可不涉及詳細的公式計算，給出示意圖并加以分析即可。

圖3展示了光是如何從一面以一半光速遠離光源的鏡子中反射出來的。一束光線在τ時刻離開F，此時鏡子位于[xT]，鏡子以?光速遠離光源，它的軌跡是M[']。照在鏡子上的光線被追蹤到同一時間[T0]。反射的光線就像是在[T'=T+2a/c]時刻從[F']那里來的，并且形成一個半徑為[R]的圓弧。[R=c（T0?T）?2a]。照射在高于[H0]點的光線顯示出向前反射。

圖4展示了光是如何從一面以一半光速靠近光源的鏡子中反射出來的。一束光線在τ時刻離開F，此時鏡子位于[xT]，鏡子以[12]光速靠近光源，它的軌跡是[M']。照在鏡子上的光線被追蹤到同一時間[T0]。反射的光線似乎是在[T'=T?2a/c]時刻從[F']那里來的，并且形成一個半徑為[R]的圓弧。

五、結語

初中生對光的反射現象及其應用有著濃厚的興趣，但又存在著知識之間不連貫、對知識一知半解的問題。“光現象”單元的學習與把握是初中生學習物理的一個難點。本文通過對當前初中“光現象”單元教學按課程標準、內在邏輯等進行分析研究，對本單元的復習教學提出切實可行的符合學生認知發展規律的可行方案，希望通過強化學生在課堂及課后的動手、觀察、實驗、思考、推理、歸納總結等實踐操作，為教師組織這一單元復習提供多種思路參考。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準：2022年版［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］? 陸瑾. 初中光學教學研究［D］.蘇州：蘇州大學，2017.

［3］? 高喜存.以“大概念”的理念進行物理教學設計［J］.中學物理教學參考，2016（21）：39-41.

［4］? 王少琴.初中物理光學前概念及其轉變策略研究［D］.上海：上海師范大學，2019.

［5］? 謝貴宇.初中物理“光的反射”“光的折射”實驗創新［J］.課程教育研究，2019（3）：158，161.

（責任編輯 易志毅）