借助《認識棱鏡》教學發展學生思維

林曉彬

〔摘? ? 要〕? 《義務教育科學課程標準（2022年版）》指出，核心素養包含科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等。重視學生科學思維的培養是科學教育的重要內容之一，將培養學生的科學思維貫穿于科學課堂具有重要意義。本文借助教科版《認識棱鏡》一課，通過材料進階、科學史的重演、評價單的使用，探討如何在科學課堂教學中對學生的科學思維進行培養。

〔關鍵詞〕? 小學科學；科學思維；材料進階；科學史；評價單

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 16? ? 031-033

胡衛平教授指出：思維活動是課堂教學中的核心活動，教學的本質是思維，學生的學習需要思考。一節課除了讓學生掌握實驗技能、科學知識之外，發展學生的科學思維也是非常重要的。因此，筆者以《認識棱鏡》一課的教學為例，探討如何對學生的科學思維進行培養。

一、材料進階，為學生科學思維發展搭建“腳手架”

科學思維的發展不是一蹴而就的，培養學生的科學思維需要給他們提供腳手架。只有給學生提供足夠的進階材料，借助材料，讓學生的思維可視化，才能讓學生在進階的材料中潛移默化地發展科學思維。

《認識棱鏡》是教科版五年級上冊“光”單元的第5課。教材在上一節課中講授光由空氣斜射入水中發生折射現象的基礎上，繼續讓學生探索光由空氣中斜射入玻璃等其他透明物體時，是否也能發生折射，進一步對折射概念進行深層次的理解。為了讓學生理解白光透過三棱鏡會產生折射分解成七色光的這個教學重點，我做了以下設計：上課之初創設適合學生思維發展的情境，播放《小豬佩奇》動畫視頻，用動畫形象直觀地向學生介紹彩虹的出現需要雨和陽光。當我提出彩虹的形成需要什么條件時，學生很容易就能答出需要雨和陽光。動畫片的內容引起學生的興趣，并進一步強化了學生的認知——彩虹的形成需要雨和陽光，為后續的學習埋下伏筆。接著，筆者回顧上節課所學習的知識，筆者展示了教材中的光從空氣進入水中的圖片，請學生說出觀察到的圖片的現象。學生說出光從空氣進入水中會在水面處發生偏折。我借助多媒體將光的路線圖用箭頭表示出來，帶領學生回顧了上節課學習到的光的折射現象。有了這些知識作為鋪墊，我拿出了一個透明的三角體提問：光從空氣中進入透明的三角體會發生什么現象？請學生進行猜測，并將猜測畫在相應的記錄單中（如圖1）。學生思維發展程度不同，有些學生由于思維定式的存在，仍舊認為光在透明的三角體中還是沿直線傳播，而有些學生能夠較為自然地進行知識遷移，認為光從空氣中進入透明三角體也會發生偏折。學生匯報的兩種結果，表明了兩種不同的思維形式。實驗能告訴我們答案。我們將光源的開關打開，能夠直接看到光從空氣中進入透明三角體的傳播路線。學生能夠根據實驗現象說出：光從空氣中進入透明三角體發生了偏折，從透明三角體到空氣中再次發生了偏折。筆者再次將光從空氣中進入透明三角體的傳播路線用光路圖進行表示（如圖2）。學生能夠清楚地認識到光從一種介質進入另一種介質會發生偏折即光的折射。這些材料的進階，為學生接下來學習光從空氣中進入三棱鏡會發生什么現象埋下伏筆。

二、科學史重演，促進學生科學思維的發展

學生在接下來的活動中將重走偉大物理學家牛頓發現光的色散原理之路。我們用牛頓這位科學家發現光的色散歷程，推動學生思維能力的發展。

筆者在接下來的教學中直接引入了牛頓研究光的色散的科學史：在300多年前，一位偉大的科學家——牛頓，他做了一個與我們剛剛將光照射透明三角體相似的實驗。他將白光照射到了與這個三角體相似的物體中（這個物體在小組長的抽屜里）。筆者提出觀察任務：觀察這個物體的特點。組長拿出三棱鏡，小組學生一起觀察。學生在觀察后說出了自己觀察到的細節，培養了與他人合作、交流的能力。學生匯報：這個物體是由玻璃制成的，透明，等等。教師進行總結補充：像這樣具有三條棱、截面是三角形、側面是長方形的透明物體，我們把它稱為三棱鏡。教師進一步提醒，三棱鏡是由玻璃制成的，易碎，請大家在實驗的過程中要注意輕拿輕放。通過讓學生對三棱鏡的觀察，筆者引出本節課的教學重點：用白光照射三棱鏡會有什么現象？學生通過之前的學習經驗，較為容易地猜測出白光透過三棱鏡可能產生折射。但具體的現象是什么，學生還是不夠清楚，有待實驗進行驗證。教師為學生提供了手電筒、三棱鏡、屏等材料，并提問如何進行實驗？學生用以往的知識經驗說出實驗材料的擺放方式。這個過程培養了學生的分析能力。

為了讓學生能在課堂上快速地看到實驗現象，在課前的下水實驗中，我發現將三棱鏡的一條棱對準屏，手電筒進行照射最容易看到實驗現象。學生以小組的形式進行實驗，學生在實驗的過程中能發現白光透過三棱鏡在屏上出現的不是白光，而是多種顏色的光斑。教師請學生畫出光在三棱鏡中的傳播路線是在實驗結束以后進行的。學生在看到手電筒的光透過三棱鏡在屏上的光斑后能更容易地將光路圖畫出來。用彩色筆表示光斑的顏色，學生將光斑顏色畫在實驗記錄單上。通過之前的學習鋪墊，學生在記錄單中體現了思維發展的不同程度。學生畫的光路圖出現了很多條帶箭頭的線，這是學生思維深度發展的體現。在之前的學習鋪墊中，學生知道了光從一種介質進入另一種介質時光路會發生偏折，而白光透過三棱鏡卻在屏上出現了彩色的光斑，因此學生猜測可能是由于光“分散”開了，由此出現了多個箭頭。這證明了之前的一次次光路圖的繪制，為學生思維的發展提供了腳手架，學生能在這個教學過程中發展思維能力。當然有些沒有畫出多個箭頭的學生也會在畫光斑的過程中產生疑問：白光透過三棱鏡后為什么在光屏上出現了彩色光斑？筆者在課前的下水實驗中發現，很難收集到像教材那樣色彩分明的七色光帶，查閱資料后發現是由于手電筒發出的光與真實的太陽光有一定的差距。所以學生在匯報實驗現象的時候自然沒有辦法把白光分解成紅橙黃綠藍靛紫七種光全部說出來。

因此，我在課堂上引入了仿真實驗，仿真實驗使我們能夠克服天氣、光的波長等不利條件，將一些不利的因素排除在外，因而看到的實驗現象是非常明顯的。在仿真實驗中，學生很清楚地觀察到在屏上出現了漸變的光帶，它們分別是紅橙黃綠藍靛紫。我借助仿真實驗的現象向學生介紹科學家的研究：白光透過三棱鏡會被分解成紅橙黃綠藍靛紫七種色光，并且這些光并不是層次分明的，而是漸變的。學生在仿真實驗中能夠更加清晰直觀地看到白光被分解成七色光的現象。學到這里，讓學生解釋彩虹形成的原因就簡單多了。學生指出在太陽光的作用下，雨滴充當三棱鏡的作用，使陽光被分解成了七色光。為了讓學生能夠進一步理解光的色散，我當場展示泡泡機吹出的泡泡，請學生再次進行解釋，為什么能看到彩色的泡泡？學生異口同聲地說出了泡泡充當三棱鏡的作用，白光被泡泡分解成了色光。這個過程培養了學生的語言表達能力，將學生的思維外顯化了。

為了促進學生的逆向思維能力的發展，我借助剛剛引入的牛頓發現光的色散的科學史故事提出：牛頓發現白光可以分解成七色光，那七色光可以合成白光嗎？這個問題很容易就引起學生的興趣。學生異口同聲地說：能！我介紹牛頓想到的方法——牛頓盤。我拿出電動彩色盤，學生看到彩色盤的時候馬上就知道要如何進行驗證了，那就是將彩色轉盤快速地轉動起來。這時，驗證光的合成實驗就水到渠成了。我們利用電動機讓彩色盤快速轉動起來，學生興奮極了。但奇怪的是，彩色盤在轉動的過程中并沒有出現我們想象中的白色。在查找資料后，我看到了李爾敏老師的帖子：光學三原色是紅綠藍，色彩三原色是紅黃藍（其實是品紅、黃、青）。光學三原色是加法三原色，即這三種色度的光疊加后呈現新的顏色。這三種光以相同的比例混合，且達到一定的強度，就呈現白色（白光）；若三種光的強度均為零，就是黑色（黑暗）。色彩三原色是減法三原色，我們看到物體的顏色是因為物體不吸收此種顏色，反射到人眼中即成為物體的顏色，故為減法。顏料的顏色來自吸收光而不是發出光，所以就采用了紅綠藍的補色：紅的補色是青，綠的補色的是洋紅，藍的補色是黃，俗稱藍紅黃。也就是說產生機制不同導致了其原色也不同。為什么光的三原色是紅綠藍呢？不是出于物理原因，而是出于生物原因，是因為人眼有三種感受顏色的視錐細胞，三種視錐細胞最敏感的顏色實際上是黃綠、綠、藍紫，但是為了最大限度地分別刺激這三種細胞，于是采用了波長差距更大的紅、綠、藍。

在課堂上，我簡單地向學生解釋彩色盤沒有出現白色的原因是因為顏色與光是有一定區別的，所以我們看到的是彩色盤轉動起來呈現灰白的顏色而不是理想中的白色。作為擴展，我向學生進一步進行介紹：在科學家對光帶的進一步研究中發現，光帶中有三種顏色是不會被分解的，它們分別是紅、綠、藍，它們被稱為三基色。當這三種色光均勻地混合在一起后會出現神奇的現象。請學生在課后仿照教材展示的實驗步驟進行彩色輪的制作并進行實驗。學生對知識的學習、思維的發展不止步于課堂。

三、使用評價單，監控學生科學思維的發展

一直以來我們對學生的評價常常限于紙筆測試，以致學生只重視對于科學知識的掌握，而忽視了核心素養的全面發展。在課堂教學的最后一個環節，我設計了評價報告表，讓學生進行自評和小組互評（見表1）。這樣做的目的在于強調學生在學習過程中除了要掌握科學知識，更重要的是要知道自己對科學課堂學習活動的參與情況。學生科學思維的發展水平也能從評價單中得到體現。

綜上所述，科學課堂的核心活動是思維活動。科學教師應該認真設計好教學中的各個環節，高度重視對學生科學思維的培養，通過腳手架、科學史、評價單等幫助他們更好地學習科學；有效地激發學生的思維參與是科學課堂教學的重要目標，是培養其核心素養的關鍵。只有抓住這些重點，指向核心素養的教學才能真正地發生。

參考文獻

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