SNP教學模式在初中物理教學中的應用

摘" "要：將SNP教學模式應用于初中物理教學，以光的反射教學為例，針對傳統教學中同步培養建模與論證能力的不足，在教學過程中結合模型建構與科學論證，進行基于SNP教學模式的物理教學設計與實施，以此更好地培養學生的科學建模和科學論證能力。

關鍵詞：SNP教學模式；光的反射；模型建構；科學論證

《義務教育物理課程標準（2022年版）》[ 1 ]明確提出，科學思維包括模型建構和科學論證這兩大要素，因此如何在初中物理教學中同時發展學生科學建模與科學論證的能力進而培養他們的科學思維，值得教師深入研究。Science Negotiation Pedagogy（簡稱SNP）教學模式是Chen等人借鑒了論證探究式教學模式（the Scinence Wriritig Heuristic approach，簡稱SWH）[ 2 ]和科學寫作教學模式（the Argumcnt-Driven Inquiry，簡稱ADI）[ 3 ]，與NC[ 4 ]模式（the Negotiation Cycle，簡稱NC）相互融合后加入書面與口頭論證而形成的一種整合建模和論證的滲透式教學模式。在美國開展的SNP教學模式的課堂實證研究表明，SNP教學模式不僅可以提高學生的建模和論證能力，還可以培養學生的批判性思維[ 5-7 ]。在2018年，弭樂和郭玉英教授將SNP教學模式引入國內，并基于該模式開展中學物理教學研究[ 8 ]。隨后，研究者在中學物理教學方面開展相關研究[ 9-11 ]，但大多局限于高中物理教學設計。文章以初中物理“光的反射”為例，將SNP教學模式融入課堂教學，讓學生體驗運用建模與論證的過程，培養學生科學建模與科學論證能力，希望為我國開展相關物理教學實踐提供一些參考。

1" SNP教學模式簡介

SNP教學模式主要由科學模型和科學論證兩部分構成，其理論框架如圖1所示。教師以大概念（學科核心概念）為基礎，引導學生提出問題，然后學生以小組合作方式，依據他們現在所儲備的知識和資料構建以簡圖或數學關系等表征的科學模型，再通過師生、生生間的論證對模型中的不足進行改進。經過建模與論證的多次循環交互過程，推動學生科學建模與科學論證能力的發展。

在SNP教學模式理論框架下，按表1所示的六個步驟開展建模與論證相結合的教學活動[ 12 ]。

下面以魯科版八年級初中物理“光的反射”為例，按照表1的六個步驟介紹SNP教學模式在初中物理教學中的應用研究。

2" SNP教學模式在物理教學中的應用

2.1" 創設驅動問題

以射擊游戲進行開場，第一次讓學生利用激光筆打靶，并說出原理：光沿直線傳播。第二次要求學生借助平面鏡打靶，從而引入光的反射，并明確入射光線、反射光線、入射點這些相關要素，然后讓學生根據游戲過程猜測反射光線的位置，最終確立驅動問題——反射光線的位置與什么有關？

設計意圖：通過借助平面鏡打靶的游戲，激發學生了解光反射現象的興趣，并讓學生意識到反射光線的位置是有規律的，從而提出驅動問題：反射光線的位置與什么有關？當學生明確課堂重點后，引導他們思考與討論驅動問題，使學生學習過程更具針對性。

2.2" 初步構建模型

教師先大致了解學生認為影響反射光線位置的因素有哪些，總結如下：光的強弱、入射光線、入射點。讓學生確定好一個討論的主題：探究反射光線位置與入射光線的關系，學生分組進行探究，其它的因素就以這個為例，課后再進行討論。

此時學生思路比較模糊，教師要逐步進行引導。

師：想要證明兩者之間是否有關系，最直接的證明方式是什么？

生：一個量改變或者消失，看另一個量是否發生改變。

師：那改變了入射光線就要觀察反射光線的位置，能直接看到反射光線嗎？不能的話，怎樣才能看到？

教師為每組學生分發如表2所示的導學案和如圖2依次展示的實驗器材。為克服常規儀器入射光線只能在白屏所在的平面內改變入射角的缺點，特地選用透明亞克力半球殼來進行探究實驗。

此過程中，教師可進行適當點撥：入射光和反射光可以重合嗎？在什么位置入射光與反射光重合？保持入射點（平面鏡圓心）不變，當入射光從入射光和反射光的重合位置（即半球殼的中心軸線）發生一定角度的偏轉時，反射光是怎么變化的？要求學生每次照射激光時沿著半球殼觀察一圈，觀察反射光與入射光所在的平面與鏡面的位置關系。

設計意圖：利用一系列引導問題，為學生提供有效的指引，幫助學生利用半球殼等實驗器材構建光的反射模型，讓學生全面了解三維空間內光的反射現象，為后續引入法線進行鋪墊，培養學生的科學建模能力。

2.3" 初步論證模型

向學生提供論證指導（表3），并通過提問來監控學生論證進度。例如“保持入射點不變，入射光從半球殼中心軸線處發生移動時，反射光線和入射光線有怎樣的位置關系？”

此外，教師還需了解各小組論證的優缺點，確保學生的模型、證據以及主張的一致性，學生根據論證指導進行書面論證，構建初步的論證觀點，并展示其論證結果。

設計意圖：學生依靠科學論證指導和教師引導進行探究實驗并推理，針對反射光線和入射光線的關系提出合理的猜想與假設，完成書面論證，有助于提高學生的探究意識和邏輯推理能力。

2.4" 討論與修正模型

請兩組代表上臺展示其構建的光的反射模型，并闡述如何確定反射光線，未登臺組則仔細傾聽，尋找不合理之處并提出質疑。登臺組收到其他組的反饋后對模型進行改進與完善，教師也要參與討論，給予反饋，輔助學生解決難點問題。

以光的反射為例，將兩組學生的書面論證情況展示在表4中。

對小組1構建的模型及觀點展開討論。

學生1：我不認同反射光線和入射光線關于半球殼的中心軸線對稱，你們沒有證據證明軸對稱。

小組1回答：可以看到反射光線、入射光線與半球殼的中心軸線之間的夾角是同增同減的，且他們之間的夾角是差不多的。

學生2：差不多并不代表就是相等的，要經過測量才可以。

小組1回答：那我們測量以后再給出結論。

師：你們只能證明反射光線、入射光線與半球殼的中心軸線之間的夾角是同增同減，要想證明軸對稱，得測量出反射光、入射光與半球殼中心軸線的夾角，然后得出相應的結論。

針對小組2構建的模型及觀點展開討論：

學生3：為什么你的這個模型能證明反射光線和入射光線在同一平面上？

小組2回答：環繞半球殼一周，發現從特殊角度可以看到反射光線與入射光線重疊了。

最后教師進行引導：保持入射點（平面鏡圓心）不變，不斷改變入射光線的方位，反射光與入射光構成的平面會變嗎？這些平面又有什么共同點？引導學生發現這些平面都相交于半球殼的中心軸線后，引入法線、反射角與入射角。用另外一把激光筆照射出半球殼中心軸線，讓學生環繞半球殼一周，觀察實驗現象。學生發現：當在側面的某兩特殊方向觀看時，可看到如圖3（a）所示的一根線的現象，即三線重疊；而其他方向均可看到如圖3（b）所示的反射光線、入射光線和法線三條光線。由此引導學生得到反射光線、入射光線、法線三線共面。

全班討論后，逐步形成統一的觀點：反射光線與入射光線、法線在同一平面內，反射光線與入射光線分別位于法線兩側，反射角與入射角同增同減。

在借鑒丁珂等人關于SNP教學模式的想法[ 9 ]基礎上，制成如表5所示的SNP教學模式下“光的反射”的論證水平評價標準，為教師和學生在此過程中的論證水平進行評價和監測。

設計意圖：通過組內、組間討論和教師的引導，學生在半球殼內進行光的反射規律探究實驗，使學生觀察到三維立體的光的反射現象，促進學生理解三線共面，而引入法線是為了更好地探究與描述光的反射規律。學生圍繞模型展開辯論和論證，能夠培養他們的口頭表達能力和科學論證能力。

2.5" 咨詢“專家”

“專家”主要是指教師、參考書、網絡資源等，當學生把自己完善后的結論與書本上的結論對比，發現欠缺反射角與入射角相等的模型與論證。這時，作為課堂里的“專家”——教師，順勢引入光的反射演示儀——將光的反射在平面內演示而制作的儀器，引導學生定量去探究反射角與入射角的關系，最后得出反射角等于入射角的結論。

再讓學生思考：如何利用光的反射演示儀驗證三線共面？對于常見的光的反射演示儀，是將光屏中的反射區域折轉，使學生觀察不到反射光線，以此證明三線共面，但容易誤導學生以為此時未發生光的反射。為了解決此問題，筆者將光屏上的反射區域AB部分向后折，學生會發現如圖4（a）所示的反射光線仍存在，但只在入射光線與法線所在平面上顯現，即看到如圖4（b）所示的OA部分反射光，而在光屏的折轉區域AB上觀察不到反射光線，由此驗證三線共面。

設計意圖：學生找出與標準模型和論證的差距后，不再盲從，而是帶著問題進行探究實驗尋找證據，培養學生的探究意識與質疑精神。教師作為課堂的“專家”，通過引入光的反射演示儀，將立體空間內的光的反射轉化為平面內的實驗，既方便定量探究反射角與入射角的關系，也讓學生思維也從三維立體轉變為二維平面，從而提升學生的抽象思維能力。

2.6" 反思性寫作

教師與學生一起回顧探究過程后，學生以書面方式反思和總結建模、論證學習過程，即他們是如何一步步探索光的反射，并將所學內容進行系統整合，由此幫助學生理解、整合概念。為了更好地反映學生在建模及論證過程中所學習到的具體知識和科學思維方法，以及評價學生反思和概念理解情況，編制了如表6所示的反思性寫作，進而確定是否需要采取補充教學。

設計意圖：進行反思性寫作，有利于學生對光的反射定律的深入理解，建立清晰的光的反射規律的概念，在反思自己不足的同時，鍛煉書面表達能力，提高書面論證能力。

3" 總結

本節課基于SNP教學模式對“光的反射”這節課進行教學設計與實踐，結果發現：學生以小組合作探究反射光線與入射光線之間的關系，經歷較為完整的建模與論證過程，能夠培養學生建模及論證能力。但在實施中，學生對建模比較陌生，教師要耗費大量時間去引導學生進行建模，因此，在初步構建模型這一步驟中要注意，盡可能考慮到學生可能會出現的情況，明確指向問題；而且在分組中要盡可能把能力較弱的學生和能力較強的學生分在同一組，進一步提高SNP教學模式的實用性。

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［S］．北京：北京師范大學出版社，2022.

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［8］ 弭樂，郭玉英. 科學建模與科學論證整合的教學模式述評[J]. 物理教師，2018，39（2）：7-12.

［9］ 丁珂，錢長炎.SNP教學模式融入高中物理課堂教學的思考與實踐：以“庫侖定律”一節教學為例[J].物理教師，2019，40（12）：2-5，10.

［10］ 徐夢秋.基于SNP教學模式的教學設計：以“動量守恒定律”為例[J].湖南中學物理，2021，36（12）：59-61，30.

［11］ 蘇豪，韓禮剛，潘留占. SNP教學模式下的高中物理教學設計：以“力的合成和分解”為例[J]. 物理教學探討，2023，41（4）：30-34.

［12］ Y C Chen，M J Benus， M B Yarker. Using Models to Support Argumentation in the Science Classroom[J]. The American Biology Teacher，2016，78（7）：549-559.