基于问题引领的“凹面镜”课堂教学设计

何艳阳

(北京市北达资源中学,北京 100871)

问题意识和质疑精神是学生终身发展的重要能力,加强问题意识和质疑精神的培养,是对学生进行核心素养培养的主要途径.本文“问题引领”中的“问题”既包括教师设置的问题,也包括学生在学习过程中生成的问题.关注学生在课堂上的认知状态、尊重学生的认知过程、尊重学生的发展及创新能力,以学生的问题引领教学活动,让学生在交流质疑中培养科学思维,质疑创新的能力.教师在这个过程中引导学生进行探究、对问题追根溯源、解决问题并生成新的问题.

结合初中学生特点,创设有趣的问题情境,让学生在“玩中学”,在玩中发现问题、进行模型建构、生成可探究的科学问题、实验探究得出结论.教师要鼓励学生从不同角度提出问题和分析问题,突出解决问题的思路和方法,培养批判性思维、质疑和创新精神;教师要引导学生对问题层层深入,抽丝剥茧,通过学生亲自实验,在实验探究中观察、体验、总结实验结论,从而获得成功的喜悦;教师要鼓励学生在研究中不断生成新问题,并用所学知识去解决实际生活中的问题,将科学、技术、社会相联系,培养创新精神和实践能力.让学生“在玩中进行质疑并亲自实验释疑”是培养学生问题意识和质疑精神,提高学生核心素养的有效途径.

1 教学背景和设计意图

“凹面镜”的内容在各版本的教材中,基本都在“平面镜”学习后的“阅读材料”中提到,阅读材料中给出了凹面镜对光线的会聚作用以及一些生活中的应用.由于不是“课标”要求,教学中对这部分内容不做要求.但是结合学生特点,在教材的基础上深入挖掘,对学生进行知识和能力的拓展还是很有必要的.这个内容的学习可以在课堂中进行,也可以在科学实践课或课外活动中进行.

这节课笔者安排在了光学学习结束之后进行.学生此时已经学习了平面镜成像特点和成因、凸透镜成像规律及成因,知道了实像和虚像的判断方法.有能力进行深入学习和探究,并能进行方法的迁移和应用.可以让学生在已有知识的基础上,通过亲自实验认识凹面镜对光线的作用,并获得更深层次的认知.

本节课的内容与数学里的平行线、球面、抛物面等知识有联系,可以将数学知识与物理很好的融合,又要恰到好处,适合学生的认知水平.学生在数学学习中没有学过抛物面和球面等知识,相关内容可以在“阅读材料”中拓展.如果有凸透镜成像规律的作图基础,凹面镜成像规律也可以在课后进行了解.

在本节课的设计中尽量能渗透以下方面:模型建构、质疑创新、科学技术社会与环境的联系等.在交流质疑中渗透科学思维,质疑创新的培养.对学生进行科学态度与责任的培养,关注“科技的两面性”,在科学与技术应用于社会中,要注重环境、伦理等方面的影响.

2 问题引领的教学过程

问题1:玩具中的像是实像还是虚像?

课堂上首先发给学生一个玩具:两块可以对扣在一起的凹面镜,其中一个凹面镜中间挖有一个洞,还有一个塑胶制品的“小青蛙”.要求学生自己组合玩具并观察现象,在玩玩具的过程中思考:你看到了什么?描述你看到的现象?你想到了什么?你打算做什么?

图1

学生们将“小青蛙”放置在下面的凹面镜中间,然后扣上带有孔的凹面镜,却发现小青蛙趴到了口的上面,用手去触摸却摸不到,原来是青蛙的像(图1).学生小组讨论后提出了一些问题:这个小青蛙的像是实像还是虚像?这个像是怎么形成的?等等.

此时笔者让学生猜测是实像还是虚像.很多学生说是虚像,因为用手摸不着.此时我鼓励学生提出第一次质疑:用手摸不着就是虚像吗?学生们开始讨论起来,有的学生表达了观点:实像也摸不着.

问题2:光屏接收不到的一定是虚像吗?

在这里复习判断实像和虚像的方法: (1) 光屏接收；(2) 看其是否是实际光线会聚成的像.笔者让学生拿着白纸试着接收一下,这时几乎所有的学生都回答:接收不到,所以是虚像.此时笔者鼓励学生提出第二次质疑:接收不到就肯定是虚像吗?有没有可能有其他原因,比如实验条件的问题?学生又讨论起来.笔者提醒学生前面我们学过的平面镜成像规律和凸透镜成像规律中所使用的物体为什么用蜡烛或灯板?学生马上明白了,如果小青蛙能发光就好了.此时我告诉学生:在青蛙的身上藏有一个小开关,打开开关青蛙就被照亮了,重新做上面实验看一看.这时的学生们情绪被调动起来,迫切的做起实验来.再次实验后,已经能够在白纸上接收到小青蛙的像了.

问题3:玩具中成实像的原因是什么?

通过刚刚的实验,我们发现玩具中看到的像不是虚像,而是实像.因为跟之前的观点发生了较大的认知冲突,有些学生还是半信半疑.看来单凭这一个证据还不能完全让大家信服.此时我鼓励学生提出第3次质疑:光屏能接收,所以是实像.可这个实像是怎么形成的?凹面镜为什么能成实像?

图2

这就需要我们从认识凹面镜对光线的作用开始.接下来学生通过实验探究凹面镜对光线的会聚作用(图2),并画出实验现象图.

问题4:如果没有做实验,能根据已有知识分析出凹面镜对光线的作用吗?

引导学生讨论,凹面镜为什么对平行光有会聚作用?将凹面镜拆分成若干小份后什么样?通过作图分析,拆分了若干小份的每一块相当于一个小平面镜,根据反射定律作图即可得出凹面镜对光线的会聚作用了.

问题5:凹面镜可以分割成很多的小平面,很多的小平面镜可以组合成凹面镜吗?

在这里渗透拆分和组合的思想,并进一步将凹面镜对光线的会聚作用从二维平面到三维立体空间:怎样才能在立体空间中看到凹面镜的会聚作用?

笔者提前找来了家中做饭的锅盖作为支架,利用组合的思想,将很多的小平面镜贴在锅盖上组成一个大型凹面镜.再用激光笔组成的圆柱形激光柱发出平行光束,用塑料圆筒和烟雾显示光路,学生们从立体空间看到了凹面镜对光线的会聚作用,感觉非常震撼和神奇(图3).这时的课堂气氛进入了新的高潮.

图3

问题6:凹面镜在生活中有哪些应用?

学生列举了一些凹面镜在生活中的应用,包括天文望远镜等.笔者也用图片展示给学生贵州的fast天文望远镜、甘肃敦煌市的亚洲最大的太阳能光热发电项目等等也是由很多的平面镜组成的,它能将更多的信息或能量聚集.这个环节的安排扩展了学生视野,同时也在这里对学生进行科学态度与责任的核心素养教育,关注“科技的两面性”,在科学与技术应用于社会中,要注重环境、伦理等方面的影响.

问题7:能根据凹面镜对光线的会聚作用,尝试画出前面玩具中成实像的成因吗?

图4

问题环节后,引导学生回到了前面提出的问题:玩具中的实像是怎样形成的?能否根据凹面镜对光线的会聚作用尝试画出原理图?学生经过讨论大致画出了原理图.最后我再把玩具说明书中的原理图展示给他们看(图4),原来小青蛙所在位置在上面扣着的凹面镜的焦点处,从它射向上面凹面镜的光线平行射向下面的凹面镜,又会聚到下面凹面镜的焦点即小口的上方,形成了实像.

问题8:根据这个玩具,你还有哪些奇思妙想?

这时笔者鼓励学生仿照这个玩具,展开想象的翅膀,能做点什么.学生经过小组讨论后表达自己的想法,有的学生说把小青蛙所在的位置放置一个播放器,就能够在上面空间出现3D动画,演示一个空中的动态全息图了.还有的学生说为科技馆设计一个更大的类似的展台,立体空间出现物体……可以说这时的学生的创新思维已经把课堂推向另一个高潮.

问题9:凹面镜是球面镜还是抛面镜?

在课堂的最后,笔者发给学生一份阅读材料,有关“凹面镜是球面还是抛物面,球面镜伪焦点问题和抛面镜真焦点问题”等.学生带着收获的满足和新的问题走出教室.

这节凹面镜的教学,虽然看上去是教材不要求的,但从始至终都是将学生的已有知识与拓展内容融合在一起,做到旧知识的深化和延伸,培养学生在新情景下运用已有知识去解决新问题的能力.在这个过程中,教师的巧妙引导对学生学会质疑和创新有着关键作用,尊重学生的认知状态,活动层层递进,引导学生找证据,在实证证据基础上,让学生发挥想象力.特别是教会学生,做出科学的判断需要多方面证据的支持,多角度去思考问题.这样的课程,能多方面的培养学生的核心素养和关键能力.