创设多元情境 优化概念教学——以“光的偏振”教学设计为例

肖凯龙 张军朋

(华南师范大学物理与电信工程学院,广东 广州 510006)

创设多元情境优化概念教学
——以“光的偏振”教学设计为例

肖凯龙 张军朋

(华南师范大学物理与电信工程学院,广东 广州 510006)

针对当前不少教师在概念教学中压缩甚至忽视了概念形成过程的问题,尝试递进地在概念课的各环节创设情境．通过自制教具设计实验,让学生在小组活动的过程中边体验边建构,以期给各位教师在概念教学上给予启发.

概念教学优化;光的偏振;教学设计;情境教学;自制教具

物理概念教学是物理教学关键的一环,但不少教师习惯于运用“告诉”的方式来推进教学.教师“负责”把知识告诉学生,学生的“任务”则是把教师灌输的知识记住,从而导致了学生陷入课堂无趣、物理难学和学习乏味的困境.为优化物理概念教学,笔者以“光的偏振”为例,在情境教学法的基础上,探讨如何发挥物理学科的实验特色来层层引导学生建构概念,进而提高教学质量.

1 物理与艺术的结合:感受物理的自然美

1.1 基本要求

作为新课引入的情境,需要将学生的注意力迅速聚焦到本课的研究点上,因此,设计趣味性的实验,配合教师指向性的提问,是个不错的选择.此外,还应与学生原有的认知形成冲突,使学生对所研究的问题产生强烈的求知愿望,从而带着疑问进入“形成概念”的环节.

概念的形成应提供学生以丰富的感性材料,贯彻“从生动的直观到抽象的思维”这一基本的认识规律.[1]概念形成中的情境应能清晰反应建立物理概念的科学思维方法,帮助学生完成将感知获得的具体体验,上升至感悟获得的抽象概括.有时需要将概念形成的过程拆分成几个部分,在每个部分中均让学生经历“体验、反思、抽象”等环节,以达到抽丝剥茧、循序渐进的目的.

1.2 情境创设

(1) 引入情境.

教师利用偏振片自制动态流水画教具(如图1所示),引起学生的好奇:这个装置是用来干什么的?在大家感到疑惑的时候,教师告知学生这是一幅神奇的流水画,待会教师将会使画中原本是静态的水给流动起来.

图1 动态流水画教具

(2) 概念形成情境.

教师让学生以小组为单位探究偏振片的特性,小组选一名代表汇报结论.首先拿起一张偏振片对着灯光观察,观察光的强度有没有发生变化.然后,旋转一下偏振片,观察有什么变化.最后,拿起两张偏振片,固定一张,旋转另一张,又有什么变化.

1.3 课堂实录

(1) 引入情境.

首先,我们打开后灯箱的电源,水有没有流动.学生齐答,没有.接下来,教师将转动电动机前圆形的透明薄片(实际为偏振片),请学生们注意观察.水“流动起来了!”学生们惊讶地喊出.教师顺势提问导入:为什么光通过转动的薄片后,静态的水会流动起来?而这个薄片又是什么?它在生活生产中又有哪些应用呢?带着这些问题,我们一起来学习光的偏振.

(2) 概念形成情境.

烟农主要通过参加烟草公司举办的培训及宣传来了解农药相关知识。调查统计有94.0%的烟农都参加过烟草公司组织的烟叶质量安全培训。在培训中，烟叶技术员主要对农药种类、安全间隔期、科学用药、绿色防控等方面进行了培训。烟农获得农药知识的另一渠道则来自销售人员的讲解及其与亲朋好友、邻居的交流。

教师也给学生们准备了动态流水画的薄片,请大家动手观察,小组讨论并汇总薄片特性.教师顺势揭示薄片是偏振片,并对光的偏振、透振方向、自然光、偏振光、光矢量图等专业术语进行定义.然后,自制标有角度的光的偏振现象实验教具(如图2),让一个学生上来慢慢旋转起偏器,另一学生记录光屏光强变化的数据,进而一起探究出光的偏振规律.

图2 光的偏振规律演示教具

1.4 创设意图

教学需要美,但是现实生活中我们的教学却常常忘却了“美”,远离了“美”,课堂教学便成了没有色彩、没有生气、没有情趣的单纯的符号活动.[2]动态流水画不仅将光的偏振现象可视化,而且是以模拟自然流水的形式呈现,有效地激发学生的学习兴趣.生活中被光照亮的流水画并不会流动,在中间加了一张旋转的偏振片后,水流动起来的现象立马引起学生的好奇.因此,教师在教学中可尝试将物理知识艺术化,不仅给课堂教学增添色彩,而且可让学生感受到物理蕴含着的艺术美.正如李政道所说:“艺术和物理是一枚硬币的两面.”将物理教育与艺术结合,采用艺术的手段阐释视觉的世界,而物理学描述其不可见的原理,丰富了物理的教学方式,同时带来美的欣赏.

对于学生而言,光的偏振是比较陌生和抽象的.如果直接将结论告知学生,未免错失培养学生思维品质的良好契机.因此,在概念形成的过程中,应通过创设实验感性情境,增强学生对物理现象的感性认识,做到以物穷理、以物悟理.[3]以教师引导为辅,学生主动探索知识为主,形成主动、参与、探索、获得结论的学习模式,学生的思维才会更加活跃进而在自主活动中不断抽象出其本质.首先,通过小组活动,教师引导学生亲自寻找出偏振片的特性,促进其自主建构； 然后,改进教材的光的偏振现象实验,与学生共同得出光的偏振规律.

2 理想与现实的结合:感受物理的神奇

2.1 基本要求

迁移是学生在学习过程中,通过教师有意识的引导,将所学的东西移到一个新的情境之中,使学生将所学的知识转化为能力的一个认知发展过程.迁移规律的运用是物理教学中的重要手段,这就需要教师善于创设新的问题情境.可利用实验激发求知欲,提高学生的参与意识,促进知识的正迁移,引发其创新思维和发散思维,对物理的教与学都有着积极的意义.[4]

2.2 情境创设

教师通过描述文学中穿墙遁地的美好想象,《聊斋志异》的“崂山道士”一节描述了“王果去墙数步奔而入,及墙,虚若无物,回视,果在墙外矣”的神话故事.[5]然后,引导学生思考:“我们可否运用所学,将这个美好的憧憬变成现实呢?”从而,创设了体现物理神奇的迁移情境,如图3所示.

图3 “穿墙而过”教具

2.3 课堂实录

学生利用教师发放的偏振片进行小组讨论和实验探究.接着,教师拿出自制的偏振片箱子(如图3所示),问:箱子里面除了小球,还有什么?一堵黑色的“墙”,学生答道.当教师倾斜箱子时,小球会“穿墙而过”,从而激发学生的认知冲突.但教师不急于直接告诉学生其中的奥秘,而是引导学生进行自主探究.请学生们拿出两张偏振片,将一张偏振片沿着透振方向卷成圆柱形,另一张则垂直透振方向卷成圆柱,再将俩底面对接起来.从侧面观察,学生便恍然大悟.

2.4 创设意图

学生能够将已经学习的知识迁移到新的情境中,有效地促进其对新学知识和概念的理解和掌握.不同于往常的习题变式练习,笔者利用实验创设神奇的“穿墙”情境.由于光不能通过透振方向相互垂直的偏振片,于是就形成了视觉上的“黑墙”.但若只让学生观察小球穿黑墙而过的现象,则显得有些许单调乏味.细思后,笔者结合了崂山道士的故事,便立马显得引人入胜.可见在教学过程中,教师可以有机地将物理概念和规律与生动有趣的故事结合,并通过自制教具呈现给学生,从而引导学生在类比迁移过程中加强对概念的学习.这样不仅可以激发学生的求知欲,使学生举一反三,起到提高教学质量的作用,而且还能让学生在这些融知识性和趣味性的故事中,惊叹物理的奇妙.

3 物理与技术的结合：感受物理的奇妙

3.1 基本要求

为进一步深化概念的掌握，还需要联系生活应用，让学生在过程中挖掘概念的表征关系，使学生能在更高层次上理解概念的本质.物理课程标准也明确指出：“使学生学习比较全面的物理学知识及其实际应用，了解物理学与其他学科以及物理学与技术进步、社会发展的关系.”[6]

3.2 情境创设

教师通过提前了解学生的经验和认知，选取其生活中常见的两个光的偏振应用的技术例子：3D眼镜和LCD液晶电脑显示屏.首先，教师让学生们戴上3D眼镜，观察灯光的亮暗变化；然后，闭上一只眼睛，同桌之间“深情对望”；最后，同样闭上一只眼睛，学生尝试左右移动头部，观察LCD液晶显示屏会发生什么变化.

3.3 课堂实录

学生们戴上3D眼镜，观察灯光时，会发现灯光变暗了.这与课堂的开始用偏振片观察灯光的现象一致，因此学生猜想镜片可能是偏振片.然后同桌之间进行“深情对望”，学生会惊奇地发现对方有一只眼镜“黑掉了”(如图4所示).这时教师引导学生们分析出原因：3D眼镜的镜片是由偏振片制成的，并且左右俩镜片的透振方向相互垂直，因此光就不能通过.接着学生同样闭上一只眼睛，观察教师的手提电脑屏幕(如图5所示)，再一次观察到黑屏现象，教师引导学生分析出原因.同样地为了消除反光，LCD液晶屏幕一般也会贴上一张偏振片.

图4 3D眼镜

图5 LCD液晶电脑显示屏

3.4 创设意图

在实际的教学过程中，教师为了尽快上完课程，留更多的时间让学生在练习中加深对知识的理解，导致学生往往死记硬背，而且学生之间没有交流的机会．笔者在教学中将物理与技术结合，以技术作为物理知识的载体，让学生意识到物理影响着人们的生产与生活，尤其是在科学技术领域存在广泛应用.其次，在小组体验游戏和交流讨论中，深化对概念的理解，增强了学生应用知识解释现象的能力，同时让学生体会到物理的生活意义，进而激发学生学习热情，并学会关注生活、观察生活.[7]

4 物理与生活的结合：感受物理的智慧

4.1 基本要求

学习的目的在于运用、检验学生是否真正理解概念，可以观察学生能否利用概念来分析、解决问题.在概念的应用环节，教师应有意识地引导学生产生实际性的问题，让学生体会到理论投入到实践应用中的必要性，这样才能使所学的概念鲜活而有生命力.因此，教师应将物理知识与身边事物联系，让学生体会到物理概念的实际意义.其次，通过实验设计相应地简化实际问题，使得学生“跳一跳”能够“摘到果子”，收获不同于解题的真实成就感.

4.2 情境创设

教师通过自制教具和智能手机App Airdroid，将教材介绍的拍照反光现象(如图6所示)，直接在课堂现场转化为探究活动，让学生小组合作，设计实验方案，运用光的偏振知识解决拍照反光问题.

4.3 课堂实录

图6 airdroid使手机拍摄画面与投影实时同屏

学生先分组进行合作探究，小组推选代表总结发言:可将偏振片放在镜头前，慢慢旋转，当旋转到入射光与偏振片透振方向垂直时即可消除反光.为了增强视觉效果，教师事先将一张写有“格物致知”的纸放在亚克力板下.当消光后，白纸上便会出现“格物致知”4字.此时，教师自然过渡渗透先“格物”而后“致知”的思想，鼓励学生运用知识来解决生活中问题.最后，教师点拨这就是照相机偏振滤光镜的原理，进一步让学生感受到物理原来就在自己的身边，只是缺少勤于观察和思考的“有心人”.

4.4 创设意图

物理来源于生活，也可利用物理解决生活难题.拍照时出现反光现象，这是学生生活中常见的，但鲜有人知道偏振滤光镜消除反光的原理.如果教师按照教材，仅提供两幅前后消光对比的照片进行讲解，相信是无法触动学生：原来生活中蕴含着物理的原理.笔者自制教具模拟拍照反光情境，不仅让学生在情境中收获到运用知识解决问题的成就感，而且使得学生体会到物理知识并不只是枯燥无味的公式符号，更是解开生活“谜团”的智慧，同时也体现了新课程理念倡导的生活走向物理、从物理走向生活的理念.另外，一方面检验学生对概念的认识是否深刻、全面，另一方面帮助学生进一步内化，提高解决实际问题的能力.[8]

总之，概念教学切忌追求即时显性的功效，应重视概念的建构过程，促进学生的有意义学习.[9]教师可通过自制教具和活动设计，在引入、形成、迁移、深化和应用等概念课的基本环节中创设多元情境，实现以情感为纽带驱动教学，以实验活动作为知识的生长点，使得学生在体验中感受物理学的多重魅力，提高学习效率.

1 赵一芳.在物理概念教学中培养学生自主学习能力之管见[J]. 物理教师,2012(10):20-21.

2 李吉林著.田野上的花朵[M].北京： 教育科学出版社，2014:27.

3 任冠航.联系生活应用把握初中物理知识——初中物理知识在生活中的应用探究[J].新课程导学,2012(26):51.

4 孙舒.初中物理与生活结合的实践与思考[J].中学生数理化(教与学),2013(12):45.

5 蒲松龄著，段青峰译.聊斋志异[M].武汉： 崇文书局，2008：24-29.

6 汤建国.用实验探究缩短与概念的思维距——“光的折射”教学设计及反思[J].物理教师,2013(12):46-47.

7 张小兵.创设迁移情境加强概念教学[J].科学教育,2000(6):27-28.

8 蔡剑.创设物理情境规引学习过程——初中物理概念教学之“过程性情境”创设诉求[J].物理教师,2015(4):38-40.

9 熊志权,刘芳霞.促进物理概念建构的过程教学策略——以“密度”教学为例[J].物理教师,2017(1):39-42.

2017-06-12)