论文部分内容阅读
摘 要：开展校本化的拓展课程有利于完善學生的知识体系，发展学生的关键能力.教师根据学生特点，采用项目式的教学方式，能够给予学生个性化的指导，在培养学生兴趣的基础之上，让学生的思维更有深度，学习的视野更加宽广.本文以物理拓展课程“光学与应用”的教学为例，阐述通过各种灵活的项目设计来培养学生相关素养的方法与路径.
关键词：项目学习;光学与应用;拓展课程
文章编号：1008-4134（2020）12-0015 中图分类号：G6337 文献标识码：B
作者简介：朱红（1972-），男，江苏江阴人，硕士，中学高级教师，研究方向：中学物理教学工作及中考试题研究.
学生在初中物理学习中的常见困难包括对日常生活经验的缺失以及缺乏将所学知识与生活应用联系起来的能力，而作为国家课程的有益补充，校本化的拓展课程能够满足学生个性化的学习需求，因此在初中阶段开展系列物理拓展课程就显得尤为重要.教师通过精心设计项目活动，使学生在完成项目任务的过程中深度体验物理学习的方式方法，感受物理观念的发生过程，在调动学生学习积极性的同时，完善知识体系，拓展学习视野，以形成有利于学生个人终身发展和社会发展所需的必备品格和关键能力.
本文以初中“光学与应用”的拓展教学实践为例，探讨在拓展课程中培养学生学科素养的思路和具体方法（流程如图1所示）.
1 情境引入，确立项目主题
项目活动1 抬头显示器的原理探讨
情境：在现实生活中，驾驶员由于在驾车时低头观察汽车仪表，往往会忽略路况，造成交通事故.为此汽车厂商开发出一种抬头显示器：汽车仪表安装在驾驶台上，显示面水平朝上，驾驶员可以做到不低头、不转头就能借助透明风挡玻璃看到竖直的仪表显示的像（如图2所示）.如果你是汽车设计师，为了实现这一要求，风挡玻璃应该如何放置？
讨论与分析：汽车前风挡玻璃近似于平面镜，由于汽车仪表水平放置，要让汽车仪表与所成的像垂直，解决方案是让风挡玻璃与水平面的夹角接近45°.教师对学生的合理想法给予积极评价，并板书本次物理拓展课的主题：光学与应用.
评价与反思：学生对所学材料产生浓厚兴趣后，可以增强学生学习的动力.高效的教学活动应从精彩的引入开始.活动伊始，教师为学生提供了一个来源于生活的问题，给学生耳目一新之感，学生提出了有创意的思路，既复习了平面镜成像的知识，又激发了兴趣，产生了主动学习的积极愿望.学生从中体会到学以致用的乐趣，深刻认识到科学技术给人类社会发展带来的进步，树立正确的科学态度与责任.
2 动手操作，体验与感悟物理观念的形成过程
项目活动2 水膜透镜的制作与应用
2.1 制作水膜透镜
准备一根玻璃棒，将铁丝紧密缠绕在棒上，制成一个内径约4mm的圆环（如图3所示），将圆环浸没在清水中后马上取出，圆环内会形成一层水膜.
2.2 观察水膜透镜
将水膜透镜贴近课本上的字，透过水膜透镜观察字的大小.轻轻甩去一点水膜中的水，注意保持水膜完好，再用水膜透镜贴近课本上的字，再次透过水膜透镜观察字的大小.
教师要求学生将两次观察到的现象分别记录下来，并尝试进行解释.
2.3 比较水膜透镜和胶水膜透镜
将圆环在胶水中浸一下后取出，圆环内布满胶水膜.将水膜透镜和胶水膜透镜分别贴近课本，且使这两个透镜与课本的距离相同，发现透过胶水膜观察到的正立的“字”更大一些，要求学生尝试解释其中的原因.
评价与反思：刘炳昇教授说过：“物理小制作可以激发学生的学习动机;拓宽感知渠道，强化有用信息;突出本质因素，促进理性升华.”水膜透镜的制作材料来源于日常生活用品，取材方便，制作简单，学生容易成功.学生通过制作水膜透镜并进行观察，可以理解透镜知识在实际生活中的应用.学生通过深度思考，比较通过两种透镜所观察到的实验现象，能够感悟到“胶水比清水对光的折射程度更大”，从而自然想到“要制成放大倍数更大的放大镜，可以采用对光的折射程度更大的材料”，学生在活动中加深了对光的折射、透镜成像等知识的理解，同时在应用物理知识过程中，强化了物理观念，并内化为解决实际问题的实践能力.
3 经历实验，培养探究能力
项目活动3 全反射的应用：光导纤维
3.1 认识全反射现象
（1）提出问题：光从水中斜射入空气中时，在分界面处会同时发生反射和折射.不断增大入射角，若入射角增大到一定程度，想一想会发生什么现象？
（2）猜想与假设：当光从水中斜射入空气中时，折射角随着入射角的增大而增大，由于折射角大于入射角，折射角会比入射角先达到90°.若继续增大入射角，折射光可能看不到.
（3）设计实验并进行实验：学生利用实验器材，将激光笔射出的光束从水中斜射入空气中，不断增大入射角，观察所看到的现象（如图4所示）.
（4）分析论证：光从水中斜射入空气中时，当入射角增大到一定程度时，反射现象能够存在而折射现象消失.
引出全反射概念：光从折光能力较强的介质进入到折光能力较弱的介质时，当入射角大于某一角度（临界角）时，观察到折射光线消失的现象.
3.2 演示实验：会拐弯的光
展示自制的教具：将一直径约1cm的吸管剪成3cm长，用剪刀在靠近大号可乐瓶底部处开一个小孔，小孔的大小与吸管粗细差不多相同，将吸管插入小孔中并露出约2cm长（吸管水平放置），吸管和可乐瓶用胶水粘牢.
将可乐瓶装满水，拧紧盖子.将绿光激光笔用铁架台固定好放在小孔的另一侧并正对小孔，调整好角度，手按下激光笔开关，使激光能够透过可乐瓶穿过吸管，在教室的白墙上可以看到光斑.拧开可乐瓶盖，水从小孔流出，发现墙上的光斑消失了，同时水流变绿了，光线沿着水流传播.随着可乐瓶中的水逐渐变少，水流中的光线随着水流不断移动（如图5所示）. 让一学生走上台，把手摊开放在吸管前下方，使水流到学生的手心，可以发现手心里有光斑.教师用手机将学生手心里的光斑拍下来，用希沃授课助手软件将照片传至电脑，再投影出来（如图6所示）.
课堂内学生学习气氛高涨，教师因势利导，引导学生分析流水中光线弯曲的原因：水流中的激光在水与空气的交界面处不断地发生全反射，从而使得光线不断拐弯前行.
3.3 全反射的应用：光导纤维
把某种介质做成细丝，使光以一定角度从细丝的一端射入，光就可以在细丝中不断地发生全反射前行，最终从细丝的另一端射出，光导纤维就是根据这一原理制成的（如图7所示）.将光导纤维制成光缆，可以进行远距离通信.医学上用光导纤维制造出用来观察人体内脏的内窥镜，如胃镜.
反思与评价：课程标准指出：“通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度.”在物理教学中突出探究活动，可以有效保持学生的好奇心，激发他们的求知欲，使学生体验科学研究的乐趣，领悟科学的思想与精神.在本活动中，学生先通过探究活动接触到全反射现象，再通过观察实验进行巩固，在头脑中建立了丰富的感性认识，然后学习全反射在实际中的应用（光导纤维），整个活动过程环环相扣，思维难度层层递进，思维的火花在学生中反复碰撞，学习的潜能得到了相应发展.最后阶段教师向学生介绍光导纤维在医学、通信等方面的应用，有利于学生关注科学技术的新进展，符合课程标准所提倡的“关注科技发展的动态，关注技术应用带来的社会进步和问题，树立正确的科学观”的要求，这对培养学生的核心素养具有重要的作用.
在演示实验中，全班学生观察手心里的光斑比较困难，传统方法是利用实物展示台，但操作不方便，其实用智能手机可以方便地解决这一困难.方法是：首先分别在电脑和智能手机中安裝好希沃授课助手软件，并确保电脑和智能手机在同一无线局域网内（若不能使电脑和智能手机在同一无线局域网内，可以使用希沃软件中的热点功能）.再用手机版希沃软件扫描电脑版希沃软件中的二维码，依次点击“屏幕同步”“手机屏幕同步”，完成手机端与电脑端的连接，就可以方便地把智能手机中所拍摄的照片传到电脑中投影出来.
4 通过趣味实验，促进学生科学思维
项目活动4 “消失的小猫咪”
每组分发一个照相馆里装二寸照片的白色透明小塑料袋，用黑色油性笔在一张小纸片上画上可爱的小猫咪图，将小纸片放入小塑料袋，再用记号笔在塑料袋外表面画一个比小猫咪图大的黑框.在烧杯中装适量的水，将塑料袋浸入水中，注意不要让水进入塑料袋内（如图8所示）.人眼在水面上方看水中的塑料袋，发现只能看到黑框，黑框里的小猫咪图“消失”了.
理论分析与建模：人眼之所以能看到一个本身不发光的物体，是由于物体表面反射的光射入人眼.如图9甲所示，设点S1为塑料袋表面黑框上的点，来自点S1的光从水中斜射入空气，入射角∠1较小且小于临界角，因此在水和空气的分界面处不会发生全反射，折射光可以射入人眼，因此人眼就能看到水中塑料袋表面的黑框.如图9乙所示，设点S2为小猫咪图上的点，袋内纸片周围存在空气，来自点S2的光先由空气斜射入水中，折射角∠3小于入射角∠2，折射光线向法线偏折.射到水中的光再向空气中斜射时，入射角∠4较大，∠4≥临界角，发生全反射，光全部反射进入水中，因此人眼就不能看到水中塑料袋内的小猫咪图.
反思与评价：趣味物理实验操作简单、趣味性强，能够活跃学习气氛，增强学生的活动体验.在“消失的小猫咪”实验中，学生从水面上方观察水中的塑料袋，会看到奇妙的现象：“只见框不见猫”，学生感到意外.意外中蕴含着教学良机，教师因势利导，化意外为契机，运用全反射、光的折射等知识深刻剖析其中所蕴含的物理道理，可以达到深度学习的目的，学生的科学思维能力也得到有效提升.
将项目学习策略应用到物理拓展教学中，可以提高学生参与的热情，拓宽学生的视野，促进学生的思维向独特性、灵活性和深刻性等方面发展.学生在活动中增强了学习的主动性与实践性，自身学科素养也得到了全面发展.
参考文献：
[1]朱加强.光学知识应用思维导图的教学实践[J].中学物理教学参考，2019，48（12）：28-29.
[2]彭夷.用项目探究置换学生的迷思概念[J].基础教育研究，2019（08）：73-74 76.
[3]扶蓉.学习进阶视域下的光学核心概念教学策略[J].中学物理教学参考，2019，48（07）：41-44.
[4]邹伟忠，彭夷.单元设计视域下的项目开发与实践——以苏科版初中物理“光现象”的教学为例[J].中学物理教学参考，2018，47（19）：49-52.
[5]彭夷.物理教学中项目产品的应用及其拓展[J].教育，2016（05）：59-60.
[6]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
（收稿日期：2020-03-22）
关键词：项目学习;光学与应用;拓展课程
文章编号：1008-4134（2020）12-0015 中图分类号：G6337 文献标识码：B
作者简介：朱红（1972-），男，江苏江阴人，硕士，中学高级教师，研究方向：中学物理教学工作及中考试题研究.
学生在初中物理学习中的常见困难包括对日常生活经验的缺失以及缺乏将所学知识与生活应用联系起来的能力，而作为国家课程的有益补充，校本化的拓展课程能够满足学生个性化的学习需求，因此在初中阶段开展系列物理拓展课程就显得尤为重要.教师通过精心设计项目活动，使学生在完成项目任务的过程中深度体验物理学习的方式方法，感受物理观念的发生过程，在调动学生学习积极性的同时，完善知识体系，拓展学习视野，以形成有利于学生个人终身发展和社会发展所需的必备品格和关键能力.
本文以初中“光学与应用”的拓展教学实践为例，探讨在拓展课程中培养学生学科素养的思路和具体方法（流程如图1所示）.
1 情境引入，确立项目主题
项目活动1 抬头显示器的原理探讨
情境：在现实生活中，驾驶员由于在驾车时低头观察汽车仪表，往往会忽略路况，造成交通事故.为此汽车厂商开发出一种抬头显示器：汽车仪表安装在驾驶台上，显示面水平朝上，驾驶员可以做到不低头、不转头就能借助透明风挡玻璃看到竖直的仪表显示的像（如图2所示）.如果你是汽车设计师，为了实现这一要求，风挡玻璃应该如何放置？
讨论与分析：汽车前风挡玻璃近似于平面镜，由于汽车仪表水平放置，要让汽车仪表与所成的像垂直，解决方案是让风挡玻璃与水平面的夹角接近45°.教师对学生的合理想法给予积极评价，并板书本次物理拓展课的主题：光学与应用.
评价与反思：学生对所学材料产生浓厚兴趣后，可以增强学生学习的动力.高效的教学活动应从精彩的引入开始.活动伊始，教师为学生提供了一个来源于生活的问题，给学生耳目一新之感，学生提出了有创意的思路，既复习了平面镜成像的知识，又激发了兴趣，产生了主动学习的积极愿望.学生从中体会到学以致用的乐趣，深刻认识到科学技术给人类社会发展带来的进步，树立正确的科学态度与责任.
2 动手操作，体验与感悟物理观念的形成过程
项目活动2 水膜透镜的制作与应用
2.1 制作水膜透镜
准备一根玻璃棒，将铁丝紧密缠绕在棒上，制成一个内径约4mm的圆环（如图3所示），将圆环浸没在清水中后马上取出，圆环内会形成一层水膜.
2.2 观察水膜透镜
将水膜透镜贴近课本上的字，透过水膜透镜观察字的大小.轻轻甩去一点水膜中的水，注意保持水膜完好，再用水膜透镜贴近课本上的字，再次透过水膜透镜观察字的大小.
教师要求学生将两次观察到的现象分别记录下来，并尝试进行解释.
2.3 比较水膜透镜和胶水膜透镜
将圆环在胶水中浸一下后取出，圆环内布满胶水膜.将水膜透镜和胶水膜透镜分别贴近课本，且使这两个透镜与课本的距离相同，发现透过胶水膜观察到的正立的“字”更大一些，要求学生尝试解释其中的原因.
评价与反思：刘炳昇教授说过：“物理小制作可以激发学生的学习动机;拓宽感知渠道，强化有用信息;突出本质因素，促进理性升华.”水膜透镜的制作材料来源于日常生活用品，取材方便，制作简单，学生容易成功.学生通过制作水膜透镜并进行观察，可以理解透镜知识在实际生活中的应用.学生通过深度思考，比较通过两种透镜所观察到的实验现象，能够感悟到“胶水比清水对光的折射程度更大”，从而自然想到“要制成放大倍数更大的放大镜，可以采用对光的折射程度更大的材料”，学生在活动中加深了对光的折射、透镜成像等知识的理解，同时在应用物理知识过程中，强化了物理观念，并内化为解决实际问题的实践能力.
3 经历实验，培养探究能力
项目活动3 全反射的应用：光导纤维
3.1 认识全反射现象
（1）提出问题：光从水中斜射入空气中时，在分界面处会同时发生反射和折射.不断增大入射角，若入射角增大到一定程度，想一想会发生什么现象？
（2）猜想与假设：当光从水中斜射入空气中时，折射角随着入射角的增大而增大，由于折射角大于入射角，折射角会比入射角先达到90°.若继续增大入射角，折射光可能看不到.
（3）设计实验并进行实验：学生利用实验器材，将激光笔射出的光束从水中斜射入空气中，不断增大入射角，观察所看到的现象（如图4所示）.
（4）分析论证：光从水中斜射入空气中时，当入射角增大到一定程度时，反射现象能够存在而折射现象消失.
引出全反射概念：光从折光能力较强的介质进入到折光能力较弱的介质时，当入射角大于某一角度（临界角）时，观察到折射光线消失的现象.
3.2 演示实验：会拐弯的光
展示自制的教具：将一直径约1cm的吸管剪成3cm长，用剪刀在靠近大号可乐瓶底部处开一个小孔，小孔的大小与吸管粗细差不多相同，将吸管插入小孔中并露出约2cm长（吸管水平放置），吸管和可乐瓶用胶水粘牢.
将可乐瓶装满水，拧紧盖子.将绿光激光笔用铁架台固定好放在小孔的另一侧并正对小孔，调整好角度，手按下激光笔开关，使激光能够透过可乐瓶穿过吸管，在教室的白墙上可以看到光斑.拧开可乐瓶盖，水从小孔流出，发现墙上的光斑消失了，同时水流变绿了，光线沿着水流传播.随着可乐瓶中的水逐渐变少，水流中的光线随着水流不断移动（如图5所示）. 让一学生走上台，把手摊开放在吸管前下方，使水流到学生的手心，可以发现手心里有光斑.教师用手机将学生手心里的光斑拍下来，用希沃授课助手软件将照片传至电脑，再投影出来（如图6所示）.
课堂内学生学习气氛高涨，教师因势利导，引导学生分析流水中光线弯曲的原因：水流中的激光在水与空气的交界面处不断地发生全反射，从而使得光线不断拐弯前行.
3.3 全反射的应用：光导纤维
把某种介质做成细丝，使光以一定角度从细丝的一端射入，光就可以在细丝中不断地发生全反射前行，最终从细丝的另一端射出，光导纤维就是根据这一原理制成的（如图7所示）.将光导纤维制成光缆，可以进行远距离通信.医学上用光导纤维制造出用来观察人体内脏的内窥镜，如胃镜.
反思与评价：课程标准指出：“通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度.”在物理教学中突出探究活动，可以有效保持学生的好奇心，激发他们的求知欲，使学生体验科学研究的乐趣，领悟科学的思想与精神.在本活动中，学生先通过探究活动接触到全反射现象，再通过观察实验进行巩固，在头脑中建立了丰富的感性认识，然后学习全反射在实际中的应用（光导纤维），整个活动过程环环相扣，思维难度层层递进，思维的火花在学生中反复碰撞，学习的潜能得到了相应发展.最后阶段教师向学生介绍光导纤维在医学、通信等方面的应用，有利于学生关注科学技术的新进展，符合课程标准所提倡的“关注科技发展的动态，关注技术应用带来的社会进步和问题，树立正确的科学观”的要求，这对培养学生的核心素养具有重要的作用.
在演示实验中，全班学生观察手心里的光斑比较困难，传统方法是利用实物展示台，但操作不方便，其实用智能手机可以方便地解决这一困难.方法是：首先分别在电脑和智能手机中安裝好希沃授课助手软件，并确保电脑和智能手机在同一无线局域网内（若不能使电脑和智能手机在同一无线局域网内，可以使用希沃软件中的热点功能）.再用手机版希沃软件扫描电脑版希沃软件中的二维码，依次点击“屏幕同步”“手机屏幕同步”，完成手机端与电脑端的连接，就可以方便地把智能手机中所拍摄的照片传到电脑中投影出来.
4 通过趣味实验，促进学生科学思维
项目活动4 “消失的小猫咪”
每组分发一个照相馆里装二寸照片的白色透明小塑料袋，用黑色油性笔在一张小纸片上画上可爱的小猫咪图，将小纸片放入小塑料袋，再用记号笔在塑料袋外表面画一个比小猫咪图大的黑框.在烧杯中装适量的水，将塑料袋浸入水中，注意不要让水进入塑料袋内（如图8所示）.人眼在水面上方看水中的塑料袋，发现只能看到黑框，黑框里的小猫咪图“消失”了.
理论分析与建模：人眼之所以能看到一个本身不发光的物体，是由于物体表面反射的光射入人眼.如图9甲所示，设点S1为塑料袋表面黑框上的点，来自点S1的光从水中斜射入空气，入射角∠1较小且小于临界角，因此在水和空气的分界面处不会发生全反射，折射光可以射入人眼，因此人眼就能看到水中塑料袋表面的黑框.如图9乙所示，设点S2为小猫咪图上的点，袋内纸片周围存在空气，来自点S2的光先由空气斜射入水中，折射角∠3小于入射角∠2，折射光线向法线偏折.射到水中的光再向空气中斜射时，入射角∠4较大，∠4≥临界角，发生全反射，光全部反射进入水中，因此人眼就不能看到水中塑料袋内的小猫咪图.
反思与评价：趣味物理实验操作简单、趣味性强，能够活跃学习气氛，增强学生的活动体验.在“消失的小猫咪”实验中，学生从水面上方观察水中的塑料袋，会看到奇妙的现象：“只见框不见猫”，学生感到意外.意外中蕴含着教学良机，教师因势利导，化意外为契机，运用全反射、光的折射等知识深刻剖析其中所蕴含的物理道理，可以达到深度学习的目的，学生的科学思维能力也得到有效提升.
将项目学习策略应用到物理拓展教学中，可以提高学生参与的热情，拓宽学生的视野，促进学生的思维向独特性、灵活性和深刻性等方面发展.学生在活动中增强了学习的主动性与实践性，自身学科素养也得到了全面发展.
参考文献：
[1]朱加强.光学知识应用思维导图的教学实践[J].中学物理教学参考，2019，48（12）：28-29.
[2]彭夷.用项目探究置换学生的迷思概念[J].基础教育研究，2019（08）：73-74 76.
[3]扶蓉.学习进阶视域下的光学核心概念教学策略[J].中学物理教学参考，2019，48（07）：41-44.
[4]邹伟忠，彭夷.单元设计视域下的项目开发与实践——以苏科版初中物理“光现象”的教学为例[J].中学物理教学参考，2018，47（19）：49-52.
[5]彭夷.物理教学中项目产品的应用及其拓展[J].教育，2016（05）：59-60.
[6]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
（收稿日期：2020-03-22）