核心素养视角下初中物理主题探究式情境教学

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  【摘要】本文以“探究凸透镜成像的规律”教学为例,论述在核心素养视角下开展初中物理主题探究式情境教学的策略,通过巧妙创设主题探究式情境、丰富充实课程资源、搭建认知活动舞台,让学生在“学、思、议、展、练”五种行为结合的学习活动中自主掌握知识联系,构建知识网络,完成对知识的迁移及应用,形成物理观念,提高科学思维能力,有效提升核心素养。
  【关键词】初中物理 核心素养 主题探究 情境教学
  【中图分类号】G 【文献标识码】A
  【文章编号】0450-9889(2020)06A-0096-03
  教育部颁布《关于加强初中学业水平考试命题工作的意见》,取消考试大纲,增加许多探究性强、考验思维能力的题型。这正贴合了核心素养的培养要求,提高对学生能力的要求,对学生而言是件好事。教师要善于以中考改革为引导,进行教学变革,巧设主题探究情境,发挥教师的“导、讲、评”作用,让学生将“学、思、议、展、练”五种行为结合起来,从而有效提升核心素养。
  科学探究既是学生的学习目标,又是重要的学习方式,它理所当然成为一种重要且有效的培养学生物理学科核心素養的途径。下面,笔者从“凸透镜成像规律”的教学设计出发,谈谈自己在实验教学中提升学生学科核心素养的一些做法。
  一、设计教学思路
  主题探究式教学是教师从素养立意出发,按照知识发展的逻辑顺序,挖掘鲜活的生活素材和现代生活中的流行元素,精心创设以探究和发现为核心的主题活动情境,再铺设与主题情境相关联的一系列层层递进的探究活动,渲染思维氛围,指向学生科学探究能力提升的教学方案。“探究凸透镜成像的规律”一课,教学内容多、碎、杂,逻辑关系复杂,这就要求教师巧妙选择一个能贯穿始终的主题,把本课所有的知识串珠成链,巧妙地组织学生围绕该主题展开一系列层层递进的探究活动,引导学生在环环相扣的真实情境活动中思考、解决问题,实现物理知识从直观到抽象,从理论到实际的转变,让学生的物理素养切实得以提升。
  本节课,笔者创设的新颖有趣的主题探究情境是“神奇的魔镜”,将学生带入对凸透镜成像知识的学习中,随着情境次第展开,主题探究活动情境依次呈现,课堂教学流程如图1所示。
  学生随着糅和了趣味性、递进性、导向性、实用性、拓展性的主题探究活动的依次展开,兴趣盎然地用耳聆听、用眼观察、动手操作,促进认知的发展,提升思维能力,核心素养得以真实落地。
  二、有效提升学生学科核心素养的途径
  (一)创设探究情境,激发探究兴趣
  片段1 创设情境激趣导入——剪辑“魔镜魔镜告诉我”歌曲片段和魔术团的招聘广告
  师:魔镜为什么能告诉你锁骨在哪里?
  生:平面镜成的是等大的像。
  师:现有某魔术团招聘魔法师,招聘条件如下。应聘者至少过三关,第一关把自己变成缩小的,第二关把自己变成放大的,第三关把自己变回等大的。能变得像最多者赢。提供的主要器材是神奇的魔镜——凸透镜,其他器材自选。
  设计思路:教师利用魔术团招聘魔法师来创设神奇的魔镜问题情境,出其不意制造矛盾冲突。学生前面学习平面镜成等大的像,现在学生发现凸透镜能成不同的像,疑惑伴随着好奇心油然而生,探究兴趣被有效激发出来,从而自主猜想凸透镜成不同像的原因,思考实验中的深层次问题,积极主动地参与活动,自主完成预学。
  (二)搭建思维脚手架,引导学生领悟实验思想方法
  片段2 活动:情景体验,在找像的过程中感知像的多样性
  学生活动:学生通过凸透镜去感知物体经过凸透镜形成大小不同的像。
  设计思路:此活动让学生在真实的体验中感知像的大小,在寻找像的活动中熟悉凸透镜的使用方法。学生明确了探究目的及需要观察的现象,学生的思维经历了从成像,到成清晰的像,再到成放大的像、缩小的像的过程,为后续探究凸透镜成像规律中器材的选择和调节、寻找清晰的像等问题进行了很好的铺垫。
  片段3 活动:通过呈现像的活动,培养学生对实验器材的选择意识
  师:如何把“渺小(缩小)的我”“伟岸(放大)的我”“真实(等大)的我”呈现出来?
  (学生思考呈现像的办法,最后想到用光屏来承接凸透镜所成的像,同时需要找一个代替“自己”的物体——LED光源制成的字母“F”)
  师:请各小组给大家展示并讲解你们是如何找到物体的完整而清晰的像的,又是如何较精确地比较出像与物的大小关系的。
  (为了便于学生比较物、像的大小关系,笔者引导学生在光屏上画方格线;为了便于读取物距、像距,笔者引导学生在光具座上另外贴了刻度,并标出焦点和二倍焦距四个特殊点,如图2所示是学生展示呈现像的过程)
  设计思路:在呈现像的活动中,学生因为有了明确的探究目的,器材的选择就变成轻而易举的事情,自然地联想到要用光屏来承接像,同时需要寻找代替“自己”的物体,这样就巧妙地培养学生把看到的现象抽象成实验装置的建模能力。学生在呈现像的探究过程中会熟悉器材的使用方法,教师放手让学生在器材摆放中暴露问题,在实验操作观察中发现问题,在不断动手尝试中解决问题,智慧的火花在交流中碰撞,学生的思维经历了“从眼睛透过凸透镜看到物体的像——手执凸透镜在光屏上看到像——用实验装置成的像”的过程,真正体会到自己是学习的主人,感受到学习的乐趣。关于像与物大小关系的比较问题,因为光屏上画有方格线,部分学生意识到可以通过测出像和物的高度、宽度来比较它们的大小关系,如此一来,原本定性的模糊观察对象摇身一变成了定量的严密研究对象,为学生下一步快速找到等大的像所在位置、判断缩小与放大像的分界点埋下伏笔,学生提取有用信息的能力和知识迁移的能力都得到很好的锻炼。
  (三)挖掘探究内容丰富探究过程
  片段4 活动:基于呈现像的实验提出问题,并进行合理猜想,提升科学探究能力   师:各小组表现都非常出色,有哪个小组找到等大的像吗?
  生:没有得到等大的像。
  师:大家有什么困惑吗?
  生:……
  师:要想获得等大的像,得弄清楚影响凸透镜成像的因素。大家想想,在刚才找像、呈现像的过程中,你们进行了哪些操作,即改变了哪些物理量?哪些物理量不变?
  生:……
  师:这说明凸透镜成像可能会跟什么因素有关?
  生:可能与物距、像距、焦距有关。
  师:同学们的猜想有道理,但是猜想是否正确,还需要实验证明。请各小组设计实验方案对你们的猜想进行探究,思考实验中需要采用什么研究方法、观察哪些现象、搜集哪些数据、如何比较像的大小关系。
  设计思路:此环节安排在学生观察体验活动后进行,寻找等大的像是不容易的事情,这为学生自主提出问题、生成问题创设了情境,同时又能让探究猜想的思路顺理成章地聚集到像距、物距、焦距的关系上来,确立探究主线,有效地培养学生的猜想能力。制订探究计划是探究过程中的难点,教师引导学生通过类比,将“自己”“凸透镜”“光屏”三者之间的位置关系过渡到“光源”“凸透镜”“光屏”距离远近的关系,建立起实验装置与物理模型之间的联系,把知识序转化为实验操作的思维序,实现从感性认识向理性认识的跃迁。
  片段5 通过实验收集证据,提升学生实验操作能力
  学生活动:小組合作经历科学探究过程,寻找清晰的像,观察并记录像的性质及实验数据。
  教师活动:巡堂指导。
  设计思路:经过前面的实验,学生对凸透镜能成不同的像已经有较清晰的认知,但还不明白在什么情况下能成什么样的像,这正是本节内容探究的重点,学生在看似重复的实验中既要观察像的大小、正倒、虚实,又要收集、记录数据,大大提升实验操作能力。
  片段6 基于实验数据处理,提升物理思维能力
  师:哪个小组愿意把你们的发现和数据与大家分享?
  (学生分组汇报实验数据,教师随机抽取几个小组的数据并输入Excel表格中)
  师:刚才同学们的发现都非常准确。在同学们记录的众多数据中隐藏着难以察觉的重要规律,我们要请神通广大的Excel助我们一臂之力,用Excel自动排序功能把物距按大小关系进行排序(数据略),再把数据转化成折线图(图3)和柱形图(图4),看看同学们能否在折线图和柱形图的帮助下发现凸透镜成像规律。
  设计思路:本实验测量的数据多且乱,数据之间并没有明显的正比或反比关系,数据中隐藏着的规律是学生从来没有接触过的,属于界定范围的定性规律,即从“点”的数据归纳出“区域”规律,这对学生而言是一个难题。教师可以借助Excel将数据排序,再作出凸透镜成实像时物距与像距的折线图和柱形图,使隐藏的规律直观可视,引导学生发现各种像的数值区域、特殊相交的点,再让学生猜想:折线图上呈现的特殊相交的点与焦距有什么关系?在这个点上,物体通过凸透镜在光屏上能成一个什么样的像?使得学生思维顺利从“数值区域”过渡到“不等式区域”,从“点”的观察转换成“区域”的归纳。很好地提升了学生的物理思维能力。
  片段7 评估、交流,完整归纳凸透镜成像规律,培养思维的思变性
  师:同学们经过认真观察和细致分析,已经发现放大像和缩小像的分界点,能否再找出实像与虚像的分界点?
  生:试试看。
  师:哪个小组能上来演示给大家看看?
  (某小组演示物体成所有像的全过程,并在2个分界点处停留)
  设计思路:教师要努力使创设的主题情境“物理问题化”,在教学情境中融入物理知识和技能、探究过程和方法,引导学生以物理的眼光观察与思考生活,从物理的角度发现并提出问题,用物理的方法分析和解决问题,才能使核心素养真实落地生长。学生利用已有的经验去寻找实像与虚像的分界点由此变得较为轻松,学生展示凸透镜成像的三个区域和两个分界点,能够再次观察像的变化,这个过程并非简单重复前面的探究实验,而是为了突出从局部到整体、从静态到动态的认知过程,让学生对凸透镜成像规律有动态的、全景式的整体图景感知。
  (四)延伸探究结论,拓展探究广度
  片段8 基于实验拓展,发展学生创新思维能力
  师:凸透镜被挡住一半时还能成完整的像吗?
  (有学生认为能,有学生认为不能)
  师:用实验来检验一下正误吧。
  设计思路:这个拓展实验先由学生猜想,再让学生借助实验验证,利于学生加深对凸透镜成像规律的全面认识。
  师:今天同学们用实验的方法探究了凸透镜成像的规律,课后请大家从理论方面去探究凸透镜成像的规律——利用凸透镜的特殊光线作图法,把物体在三个区域和两个分界点的像画出来,看看与实验现象是否吻合。
  设计思路:“千言万语不及一张图。”形象的物体比抽象的名词记忆效果要好。凸透镜成像规律复杂,用表格的形式归纳也不利于学生记忆。学生用画图的方式去记忆凸透镜规律,在画图的过程中,实验过程、现象历历在目,将实验现象转化为图象,也把抽象的规律具体化。学生解题时,将题目的条件与凸透镜成像的三类图进行对比,把图景还原为实验现象,能大大提高解题效率。
  三、教学反思
  纸上谈兵式实验课如嚼蜡般索然无味,和学生吃一顿有“物理探究味”的盛宴,得把实验这个主角请上桌来。本节以“设疑引学”“辨疑解难”“释疑巩固”为基本环节的“主题探究式”教学范式课例,以“神奇的魔镜”为主题,以招聘魔法师闯三关——寻找渺小、伟岸、真实的我(对应凸透镜成的三种类型的像)为故事情节展开实验探究,借助计算机技术将实验数据导入Excel并用折线图、柱形图呈现凸透镜成像规律,使复杂的规律直观而有条理,采用可视化贴图使复杂问题变得简约而直观,营造了生动的课堂,学生在体验中学习,在互动中思考,在探索中交流、分享、共创,每个人都享受到学习的甜蜜果实。这样的课堂学生会感到其乐无穷从而深陷其中,真正经历建构知识的过程,切身感悟科学探究的魅力。
  教学的目的在于培养学生独立思考、练习试错、发现问题、解决问题的能力,这需要我们探索更多丰富多彩的教学形态,灵活地搭配各种教学元素,创设令学生流连忘返的情境课堂,努力使教与学的世界变得更加妙趣横生,使学生核心素养真正落地生根。
  【参考文献】
  [1]郑挺谊.“探究凸透镜成像规律”教学难点突破[J].物理之友,2018(5)
  [2]张吉成,孙丰富.导若行云流水 引至水到渠成——“凸透镜成像的规律”教学赏析[J].中学物理教学参考,2014(8)
  [3]]韩志祥.突破“变压器”教学难点新探索[J].中学物理教学参考,2014(8)
  [4]林钦,陈峰,宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程·教材·教法,2015(12)
  注:本文系广西教育科学“十三五”规划2019年度C类课题“核心素养背景下的初中物理主题探究式情境教学的实践研究”(立项编号:2019C398)的研究成果。
  作者简介:林雪荣(1974— ),女,广西桂林人,大学本科学历,高级教师,广西特级教师,研究方向为中学物理教学。
  (责编 刘小瑗)
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