基于蘇科版教材“光的折射”的深度備課

陳 剛 楊勇誠

(1. 西安交通大學蘇州附屬初級中學,江蘇 蘇州 215021; 2. 蘇州市吳江區實驗初級中學,江蘇 蘇州 215200)

深度學習是指在教師的引領下,學生圍繞著具有挑戰性的學習主題,全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程.[1]深度學習具有注重批判性的理解,強調多元化信息的整合,促進新舊知識的有效建構,著意新情境的遷移應用,面向實際問題的解決和提倡主動終身的學習等特征.[2]如何促進學生深度學習已成為基礎教育領域中最熱門話題之一,廣大初中物理教師也在自己的教學實踐中積極地探索新方法、新策略.蘇科版《物理》八年級上冊第4章第1節“光的折射”是一節典型的先現象后本質的概念課,為了促進學生深度學習,啟發高質量的思維活動,幫助學生形成生動、形象的“光的折射”概念,掌握“光的折射”特點和靈活運用“光的折射”知識解釋生活中的折射現象,首先要針對備課中最關鍵的5個環節:課標研習、教材分析、目標定位、教學設計和研制練習,開展對本節課的深度備課.課前醞釀一個“好劇本”,才有可能成就課堂一個“好作品”.

1 深度研習課程標準

《義務教育物理課程標準(2022年版)》(以下簡稱“新版課標”)要求中學物理教育要聚焦物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等核心素養的培育,充分凸顯物理課程的育人價值.教師作為課程的實踐者應更好地踐行課程理念、落實課程育人功能,促進學生核心素養的養成.[3]“新版課標”對“光的折射”的內容標準表述為:“2.3.3通過實驗,了解光的折射現象及其特點;例6通過光束從空氣射入水(或玻璃)中的實驗,了解光的折射現象及其特點.”[4]

通過對“新版課標”的研習,可以明確本節課主要有3個任務:一是通過師生互動,初步認識光的折射現象,形成物理觀念;二是通過分組實驗,探究光的折射特點,在科學探究中培養科學思維;三是通過學生活動,解釋日常生活中的現象,培養學生的知識應用和遷移能力,樹立正確的科學態度和責任.具體活動和要求如下:(1) 觀察向水槽中加水時光斑的移動,在認知沖突中所有學生認識光的折射現象,并用科學的語言給光的折射下定義;(2) 根據折射的定義,類比光的反射,建立光的折射模型,能正確圖示入射光線、法線、折射光線、界面、入射角和反射角,促進相關物理觀念的形成;(3) 經歷激光從空氣斜射入水中的實驗演示,激光透過玻璃磚的分組探究,所有學生發現光的折射特點.形成積極思考、主動探究、樂于合作的意識,提升科學思維和科學探究能力;(4) 能用光的折射特點作圖,并合理解釋自然界中一些常見的光的折射現象,體會“從生活走向物理、從物理走向社會”的課程基本理念;理解看到的水底“變淺”,自覺遠離陌生水域,做到珍愛生命從我做起,形成正確的科學態度和責任.

2 深度分析教材內容

教材是知識的載體,是傳授知識的主要工具,是將該學科的知識、思想和方法,按照一定的知識體系、邏輯程序和認知規律構成的一個教學體系.它是連接知識與能力、教師與學生、課堂與課外的橋梁,是進行各科教育和評價的基本準則.[5]蘇科版教材本章節正文設置了“折射現象”和“折射的特點”兩個小標題,插入了“信息快遞”“技巧”“注意”和“生活·物理·社會”等4個窗口,正文文字量約600字,全文(含“WWW”欄目)圖片共有10幅(同一問題的多張圖片按照1幅統計).

2.1 挖掘“光斑移動”的潛在功能

“活動4.1”演示了“光斑的位置是否發生了變化”,然后大跨度地提出“使激光沿不同方向由空氣射入水中,觀察光的傳播方向是否會發生偏折”這一問題.部分教師誤認為只要演示“光斑發生移動”就能得出光的折射概念,且光斑在水槽的底部,后排學生不易觀察.因此部分教師用一次性紙杯來代替,將光斑打到紙杯的側面,從光斑在杯壁的移動得出光的折射概念.[6]這樣看起來光斑更亮了,有了更好的演示效果,但是學生除了觀察,缺少親力親為的體驗過程,因此師生互動在“活動4.1”的教學中有著不可或缺的潛在功能,在這一環節除了教師實驗演示,還應該引導學生同步進行光路作圖,從而充分利用學生已有的“光的直線傳播”知識經驗,產生認知沖突,猜測可能發生的現象,將靜態的光路呈現轉化為動態的模型建構,形成物理觀念.

2.2 重視“方玻璃磚”的操作價值

“活動4.2”是在“活動4.1”的基礎上對光的折射特點的探究.在“活動4.1”中已經初步認識光由空氣射入水中時的折射情況,但學生的作圖并不是完全沿光路畫出的,雖然能表示出兩角大小的定性關系,但是定量關系不一定符合事實.且光在任意的兩種透明物質間傳播均會發生折射現象,因此有必要研究光在空氣與除水以外的其他介質間的傳播情況,使實驗更完整,結論更具普遍性.玻璃是很常見、具有代表性的光學器材,探究光的折射特點時,將之與半透明硫酸紙等配合使用,既避免學生分組實驗與教師用水做的演示實驗重復,又增加了實驗的多樣性,使實驗結論具有普遍性.玻璃磚不僅不會弄濕紙張,而且便于學生作圖,利用硫酸紙的半透明性將動態的變化定格為靜態的留痕比較,使實驗具有可控性和可操作性,培養學生的關鍵能力.

2.3 拓寬“學以致用”的思維空間

學習不僅僅是獲得知識,更多的是掌握方法和遷移應用,因此應用所學知識解釋生活中的折射現象是本節課的一個重要環節.日常生活中光的折射現象主要有3種情形:一是光由水中斜射入空氣中,如看到水中物體變淺、向上偏折等;二是光由空氣斜射入水中,如在水中看到空中范圍變大;三是海市蜃樓、幻日、彩虹等自然現象.利用光的折射特點解釋生活中的折射現象是本節課的難點,沒有教師搭建的腳手架,沒有方法上的引導,學生很難自學完成;沒有適當的、直觀的光路圖分析,學生的記憶不會長久.教材在實驗歸納出光的折射特點后,正文部分基本結束,并沒有具體介紹如何解釋日常生活中的折射現象,因此教材在學以致用環節為教師創設了很大的發揮空間.如教師可以通過活動鞏固光的折射在日常生活中的應用;可以通過作出類似如圖1所示的光路圖,直觀解釋變淺的原因;可以展示“彎曲的光路”,如圖2的(甲)和(乙)所示,簡單介紹全反射或海市蜃樓等現象.從而構建完整的教學環節,促進學生思維的全面發展.

圖1 光的折射光路圖

圖2 全反射及海市蜃樓成因圖

教學是教師智慧地處理教材內容過程的體現,教師要依據課程標準對教材中的內容進行深入細致的分析,正確理解和解讀教材文本,深度挖掘教材文本隱含的教育價值,實現教學效率的最大化.

3 深度定位學習目標

學生是學習的主體,教師需要將“主觀規定”的教學目標轉化成為學生能理解并愿意去實現的學習目標,作為學生自己的“學習追求”.[7]由于學生已經學習了光的直線傳播和光的反射,在知識層面上對光的傳播已有一些簡單的認識,知道了顯示光路的方法;在技能層面上會畫光路圖,能夠通過實驗探究一些光的傳播規律;在思維層面上初二學生正處于從具象思維向抽象思維發展的關鍵階段,通過教師的引導,進一步提高學生的思維品質.基于學生的經驗和教學目標,確定本堂課的學習目標.根據學生學習能力分為良好、一般和較差3等,對應的需要達成的學習目標為A、B和C 3級.教師不求通過一堂課的學習讓所有學生都能達成本章節統一的學習目標,但要促進即便是達成低階課堂學習目標的學生也能通過后續的學習獲得進階.這樣做使得參與這堂課學習的學生都能學有所獲、學有所成.基于上述分析,針對不同學習能力的學生,本節課的學習目標分解如表1.

表1 本堂課的學習目標

4 深度設計教學過程

教師悟透教材并精心預設教學內容,為自己的課堂教學定位準確的方向,通過創設貼近現實生活的情境,尊重學生的已有經驗,綜合運用教學資源,深度設計教學過程.

4.1 在認知沖突中動態建構概念

活動4.1的實施流程圖如圖3所示,通過師生互動,在黑板上逐步呈現出圖4所示的光路圖.

圖3 活動4.1實施流程圖

上述流程分7個步驟實施.

步驟1:在未注水時,用紅色激光筆照射形成一光斑,由于光在空氣中沿直線傳播,根據兩點(光源點和光斑點)確定一條直線,讓學生在學案上畫出光路,喚醒已有認知——光在同種均勻介質中沿直線傳播.

步驟2:當緩緩加水至一半的過程中,發現光斑向左移動,讓學生再次畫出此時的光路,學生只有借助光路的連續性和光在同一種物質中沿直線傳播,才能確定光在空氣和水的分界面處傳播方向發生偏折,既鞏固了已有經驗,又產生了認知沖突.

步驟3:繼續加水至水位D,光斑繼續向左移動,讓學生第3次畫光路,在上一步驟的基礎上,學生能夠很快完成,鞏固認知沖突,此時,在同一圖中出現相同入射角的兩條折射光線,為后續的兩折射角相等的教學做好預設,也為解釋光斑為什么向左移動埋下伏筆.

步驟4:通過向水中加牛奶,空中用加濕器噴水霧的方法顯示光路,用真實的現象驗證學生的作圖,順應光由空氣斜射入水中,傳播方向發生偏折的折射現象,在動態的變化中建構光的折射概念.

步驟5:類比光的反射,認識光的折射及“一點三線兩角”,為探究折射特點做好準備.

步驟6:用綠色激光筆在紅光的同側以不同的角度對著同一入射點照射,觀察折射光線的偏折情況,初步認識折射角隨入射角角度變化的特點.

步驟7:類比光的反射規律,結合觀察到的現象,合理提出折射特點的猜想.

4.2 在類比探究中留痕顯化規律

借助探究光的反射規律的實驗思路和方法,利用玻璃磚、硫酸紙等器材分小組對折射特點的猜想進行實驗探究,根據提供的入射光線,利用描點法在硫酸紙上畫出通過玻璃磚再傳入空氣的光路,并標出法線.實驗前指導學生將硫酸紙平放在桌面上,玻璃磚與紙上方框重合,沿入射光線射入激光,畫出通過玻璃磚后的出射光線,與學生共同思考、討論如何畫出玻璃磚中的光路(根據光路的連續性和在同種物質中沿直線傳播).學生實驗后,匯報交流.具體實施分如下4步走.

步驟1:學生分組實驗時,沿規定的入射光線射向玻璃磚,通過描點法畫出出射光線,玻璃磚內的光線可以在拿走玻璃磚后,根據兩點(入射點和出射點),依據光在玻璃中沿直線傳播畫出,將光的折射過程真實地在硫酸紙上留痕,為歸納光的折射特點做好準備.

步驟2:將同一入射角的三張硫酸紙沿方框重疊,折射光線完全重合,說明光由空氣射入玻璃時,入射角相等,折射角也相等,將結論推廣,進而解釋“活動4.1”中光斑為什么移動.

步驟3:將不同入射角的3張硫酸紙沿方框重疊,發現入射角增大,折射角也增大.

步驟4:將硫酸紙與有條形網格線的作業紙配合使用,生成新知——折射時光路可逆.

4.3 在知識遷移中歸類解釋現象

游戲:模擬叉魚.如圖5,兩套捕魚神器(固定在鐵架臺上可上、下轉動的圓珠筆筒作為瞄準器;一小塊紅色橡皮固定在水槽的一角,代替小魚).請兩位同學參與,甲用激光筆照魚[圖5(甲)],乙用魚叉(燒烤棒代替魚叉)叉魚[圖5(乙)].要求:只準操作一次.手機同屏上述操作過程,定格最后的瞬間(甲的激光剛好照到魚,乙的魚叉偏在魚的上方).捕魚神器操作簡便、有趣味性,包含了光由水中射向空氣和由空氣射入水中的兩種情形,涵蓋了折射時的光路可逆、光由水中斜射入空氣中時折射光線偏離法線、岸上的人看到水中物體變淺等知識.在輕松愉快的氛圍中一掃課堂的沉悶和緊張,自然過渡到應用光的折射特點解決日常生活問題這一環節.

圖5 模擬捕魚神器

5 深度研制反饋練習

依據教學目標,結合教學設計,研制深度的反饋練習.利用我區的“易加”平臺,學生在線完成課內知識點小測和當堂檢測,實時反饋課堂教學評價,同步掌握學情,根據這種動態伴隨式學習評價,及時調整教學難度和進度,提高教學的效率.平臺上家庭作業的反饋情況,不僅可以幫助教師進行教學反思,也為下一階段的教學提供良好的數據支撐.

“深度備課”為“深度學習”提供了可能,教師只有在深度地研習課標和分析教材的基礎上,才能深度地定位學習目標,而教學過程的實施和學生的練習反饋又可以進一步完善對學習目標和教學設計的優化,實現深度教學.