指向深度学习的翻转课堂教学设计与实施——以“生活中的透镜”为例

杨正芳

(广州市番禺区市桥桥兴中学 广东 广州 511400)

随着信息技术的发展，翻转课堂在教学中运用得越来越广泛．翻转课堂最大的特点就是利用教育云平台在最大化地开展课前预习的基础上，提高课堂学习的效率和深度，完成知识内化的最大化.如果按照美国学者布卢姆(F.S.Bloom)将学习目标分为“知道”“领会”“应用”“分析”“综合”及“评价”6个层次的话，翻转课堂就是通过课前预习完成其中“知道”和“领会”知识这两个层次，属于浅层学习范畴；而课堂上通过“应用”“分析”“综合”和“评价”这4个认知层次来完成对知识的深度理解和迁移应用，这属于深度学习范畴．深度学习是一种主动探究性的学习，要求学生能够进行深度的信息加工、主动的知识建构、批判性的高阶思维、有效的知识转化、迁移应用及实际问题解决．

下面就以人教版教材中“生活中的透镜”这节为例来探讨如何通过翻转课堂实现深度学习．本节内容是在学生学习了透镜的基础知识及其对光的作用基础上，对生活中的透镜及其成像情况有一个具体的认识，从而为探究第3节“凸透镜的成像规律”做一个铺垫，起到一个承上启下的作用．从实际教学实施过程来看，因为照相机、投影仪和放大镜这3种生活中的透镜学生们都比较熟悉，它们的成像特点学生也很容易感知，此时可借助智慧课堂教育云平台以翻转课堂的模式开展本堂课的教学，把感知的基础内容前置，而利用课堂上的有效时间指向深度学习，让学生进行科学物理思维的训练和拓展．

1 利用电子书包平台和微课将基础内容前置形成初步感知

学生们对照相机、投影仪和放大镜这3种生活用品都不陌生，对于照相机成缩小的像，投影仪成放大的像和放大镜成放大的像都有一定的感知，只不过没有从物理角度去感知它们成像的特点．可以利用Camtasia Studio 6录屏软件做好微课，借助知好乐教育云平台提前推送给学生，让学生在家里观看微课，初步认识照相机、投影仪和放大镜的基本结构和成像特点，看完后学生在云平台完成课前学情诊断题，教师通过诊断题反馈了解学生的课前学习情况．

课前学习目标：了解照相机、投影仪、放大镜的光学构造及成像原理，会制作简单的照相机模型、幻灯机模型．

课前推送资源：“生活中的透镜光学构造及成像原理”微课，“照相机模型制作方法”微课，“幻灯机模型制作方法”微课，学习任务单．

课前学习反馈：通过云平台推送课前学情诊断题．

通过本环节的自主学习，学生完成了对“生活中的透镜”的浅层学习，了解了照相机、投影仪和放大镜的光学构造和成像原理．但并没有进行实验的感受和理论的分析，所以还需课堂通过进一步的体验、分析、推理、应用来加强对3种透镜成像的深层次理解．

2 动手实践利用模型制作进一步加强对物理现象的生动感知

课堂学习目标：

(1)通过照相机模型、幻灯机模型及放大镜进一步感知凸透镜在3种常见仪器上成像的不同，进一步区分照相机、投影仪、放大镜的成像特点.

(2)通过实验和光路图两条思路认识到物距和像距会影响成像特点，为下节课成像规律打下基础.

(3)知道数码相机和现代投影仪的光学原理．

深度学习是基于实践和经历体验的学习，从认知心理学的角度看，任何知识的形成都需经过体验、经历和感悟，通过丰富的表象进而对其抽象形成规律的过程才能完成知识的形成．因此，在上“生活中的透镜”之前，布置学生利用卡纸、透镜等制作好照相机和幻灯机模型．如图1和图2所示.

图1 照相机模型

图2 幻灯机模型

初二的学生刚刚接触物理，对物理充满了好奇，物理教师在上课过程中要理解孩子爱玩的天性，严肃的物理课堂中也增加一些趣味．以往总是让学生看蜡烛倒立的像，缺乏趣味．我们可以让学生用眼睛观看投影幕上一个老太太的头像，然后拿着照相机模型再次观看头像，看到的却是一个美少女，如图3所示．在惊奇和趣味中感受照相机成的是一个倒立缩小的像．

图3 体会“倒立的像”

同样的道理，也可以把类似的图片印在幻灯片上，通过幻灯机模型看到倒立的像，通过放大镜看到正立的像，学生通过这种生动的体验，对照相机成倒立缩小的像和投影仪成倒立放大的像以及放大镜成正立放大的像会有深刻的感知．

3 注重逻辑推理在深度思考中培养科学思维能力

深度学习是基于学生由观察到的物理现象进行思维加工，产生疑问，进而提出猜想，再进行推理和论证，从而达到培养科学思维能力的过程．学生通过3种透镜模型体验到了对应的成像特点，有了很深刻的感知，但这只是教育活动的开始，对透镜的成像认识不能仅仅停留在感知层面．教师应该引导学生进一步思考：3种仪器成像的特点都不一样，是不是意味着这里面的透镜都不一样呢？如果用同一个透镜来看能不能分别找到与照相机、投影仪和放大镜所对应的成像特点呢？引导学生把实验台面上的同一个凸透镜放在光具座上，在不同的位置观察光具座上的F光源，如图4所示．

图4 凸透镜在不同位置时的成像

图5是直接用眼睛透过凸透镜寻找3种不同的成像情况(此处不借助光屏，因为学生还没有建立实像虚像的概念)．

图5 焦距相同，物距不同时的成像

让学生把观察到的不同成像位置记录在下面的表1中，学生通过实验认识到原来同一个凸透镜，由于物距不同，会导致成像的特点不同．

表1 焦距相同，物距不同时的成像特点

注：凸透镜的焦距为10 cm.

教师进一步引导学生深度思考：凸透镜成像的不同是不是只与物距有关，如果是同一个物距，用不同焦距的凸透镜观察，所成的像会如何呢？ 再让学生进行第二次探究:光具座上F光源与凸透镜之间的距离15 cm不动，但改用焦距分别为10 cm和5 cm的两种凸透镜，再次研究其成像特点．

如图6所示，学生通过实验观察，会发现在物距都是15 cm的情况下，通过焦距为10 cm和5 cm的两种凸透镜所成像的特点是不同的．一个是倒立放大的像，一个是倒立缩小的像，从而得出凸透镜的成像特点不仅跟物距有关，还跟焦距有关．物距相同，焦距不同的凸透镜成像特点记录在表2中.

图6 物距相同焦距不同时的成像

注：物距u=15 cm.

学生通过本环节的实验探究认识到了凸透镜成像特点的不同与物距和焦距有关，这为接下来的理论研究提供了事实依据．

4 理论结合实践在深度学习中形成正确的科学思维方法

学生通过实验探究认识到了凸透镜成像特点的不同与物距和焦距有关．但一个真正的深度学习活动并未结束，凸透镜成像的物理成因是什么？为什么凸透镜的成像会跟物距和焦距有关？真正的深度学习是应该让学生在学习过程中逐步形成使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测．上一环节的实验给学生提供了凸透镜成像原理的事实证据，还需要有理论证据来支撑，才能对凸透镜成像规律的影响因素进行描述和解释．

上一课时刚刚学过凸透镜和凹透镜对光线的作用，学生也认识了3条特殊的光线以及它们通过透镜之后形成的折射光线．可让学生完成图7中的3幅光路图(焦距相同，物距不同)，然后从光路图分析出凸透镜的成像特点与物距有关．

图7 焦距相同，物距不同时的光路作图

再完成图8的两幅图(物距相同，焦距不同)，再一次从理论分析得出凸透镜成像特点不仅与物距有关，还与凸透镜的焦距有关．

图8 物距相同，焦距不同时的光路作图

5 结合真实的生活情境应用物理知识深度拓展科学思维

深度学习重视学习的迁移运用和问题解决．深度学习要求学习者对学习情境的深入理解，对关键要素的判断和把握，在相似情境能够做到 “举一反三”，也能在新情境中分析判断差异并将原则思路迁移运用．学生既然已经认识到凸透镜的成像与物距和焦距有关，如果抛出一个生活情境：如图9所示照相机如何由原来的拍不到全景转变为可以拍到全景？

图9 全景拍摄

这里要理清的思路就是通过使景物变小来拍到全景，如图9所示．如何使景物变小？学生最熟悉的真实生活场景就是摄影师往后退，从物理角度来说，学生由已有的知识储备思考得出两个途径：一是改变物距u，二是改变焦距f．摄影师往后退就是增大物距u．这是在教学中教师期待学生回答的一种常规方法，通常研究活动就到此结束了，这也是教材安排的难度，我们无需深究，但深度学习就是要我们的学生能够利用所学的知识去解决现实问题，而学生已经了解物距和焦距都会影响成像大小，他们很容易得到通过改变焦距f来拍全景．这就是变焦照相机(图10)的光学原理．

图10 变焦相机

我们在以往的教学中习惯避开讲变焦照相机，怕学生不理解，但通过对凸透镜成像本质的剖析，回过头来自然而然地过渡到了变焦照相机的诞生，学生也就很自然理解了实际的照相机内部为什么有那么多个透镜组合．

“举一反三，学以致用”也是深度学习的特征，了解了变焦照相机的原理，那么我们能不能自己制作出一个变焦照相机呢?可以提供多个不同焦距的凸透镜和凹透镜，让学生在光具座上通过改变他们的位置，来寻找和比较成像大小的改变，如图11所示．

图11 自制变焦相机的原理

课堂只有45 min，利用信息技术的优势，通过翻转课堂让学生在教师的指引下实现深度学习，是可行的．当然这对教师在知识体系的把握、视频制作技术及课堂活动的设计等方面提出了更高要求，同时对学生的自主学习能力与自我控制能力的要求也更高．