用丰富的实验强化学生知识构建过程

贡波

摘   要：物理实验可以激发学生的学习兴趣，让学生经历知识的构建过程，从而更透彻地理解知识的本质，为物理方法的习得、物理思想的领悟、物理知识的运用奠定基础。实验设计可以从新课导入（为什么学）、教学重难点的突破（怎么学）、教学效果的检测（学得怎么样）等方面入手。文章以“光的反射”为例，探讨了如何用实验强化学生的知识构建过程，以提高学生的学习效率。

关键词：实验;知识构建;光的反射

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）7-0046-4

知识的学习是领悟思想、习得方法的基础。只有夯实了知识的教学，让学生充分经历知识的构建过程，促使学生发生有意义的学习，学生才能透彻理解知识的本质，才能融会贯通，领悟思想、掌握方法，迁移运用才能实现。在初中物理教学中，教师可以通过实验导入新课，让学生领悟为什么要学，学习内容与生活有什么关联;用实验突破重点和难点，从而让更多学生达成学习目标，即通过实验解决教学中学生怎么学的问题;用实验强化知识运用，即设计实验来检测学生学得怎样，用实验探究生活实例，可以促进学生知识内化，提升学生认知水平。

1    经历知识构建过程，发生有意义的学习

奥苏贝尔根据学习材料与学习者认知结构中已有知识的关系，将学习分为机械学习和有意义的学习。有意义的学习是指学生积极主动、思维活跃，学习过程高品质、高效率。学生是否发生了有意义的学习是检验教学成败的关键指标。物理教学只有促使学生发生有意义的学习，学生才能掌握知识的本质，才能融会贯通，迁移运用新知识。发生有意义的学习需要教学材料具有较强的逻辑意义，需要学生具备与新知识密切联系的知识基础，具有积极主动学习的意愿。具体教学策略主要有：对教材进行二次开发，给学生呈现具有较强逻辑的优质教学素材;通过实验、任务驱动、联系生活等教学方法，千方百计地激发学生的学习愿望和学习热情;放慢教学节奏，引导学生思考，给学生空间与时间，让学生建立新旧知识之间的联系;课堂探究逐步深入，层层递进，从而让学生充分经历新知识的构建过程，让学生发生有意义的学习，构建高品质、高效率的物理课堂。

2    实验是促进知识构建的重要手段

“在物理教学中运用物理实验的目的就在于给学生学习物理创造一个基本环境，使学生主动获取物理知识，发展能力，促进科学品质和世界观的形成。”[1]设计丰富的实验是物理教学中为学生构建知识搭建脚手架，这符合学生的心理特点和认知规律。初中学生抽象思维、逻辑思维尚处在高速发展阶段，思考问题还主要依赖于形象思维，实验可以给学生提供具体的情境、直观的现象，将抽象的物理知识形象展现出来，让学生积累丰富的感性经验，是促进学生知识构建、提升教学实效的重要手段。首先，通过实验可以让学生积累丰富感性认知从而夯实学习基础，有感性经验积累，学生才更容易理解抽象的物理知识，实现知识从感性到理性的进阶。其次，通过实验化解知识理解难度。物理概念、规律往往都高度浓缩、高度概括，因而学生觉得抽象难懂，通过物理实验可以将物理概念、规律进行稀释、还原，从而降低学生理解的难度。第三，实验可以让知识的得出过程更充分。有些知识在初中阶段没有办法经过理论推导得出，或者理论推导学生难以理解，如果此时教师只是简单说“理论推导和精确实验表明”，然后就呈现结论，学生对知识未必信服，也不能理解，只是简单记忆，而且记忆效果往往不好。设计实验可以很好地化解这一教学难题，让学生充分经历知识的构建过程。在实验过程中，教师提出问题引导学生思考，在不断纠错和师生对话中逐步建立新知识。在知识的得出过程，学生经历充分思考、辨析，印象会非常深刻，达到较好的学习效果。

3    通过实验强化学生的知识学习过程

3.1    用实验引入教学课题

好的新课导入能够引人入胜，可以密切联系生活，激发学生的学习兴趣，让他们感受到物理有用、有趣。设计实验模拟生活情境导入新课，可以激发兴趣、聚焦学习注意力，也可以感受物理知识的魅力，让学生知道为何要学习这一知识，学习这一知识的用途。“光的反射”教学中，可以设计实验1导入新课。

实验1：将小平面镜、白纸固定在黑板上，以手电为光源照射到白纸和小平面镜上，如图1所示，让学生观察照在何处时更亮。大部分学生都觉得照到白纸上更亮，但在某一特殊位置的学生会觉得照到小平面镜上更亮。然后，设问：为何大部分同学觉得照到白纸上更亮，但有同学觉得照到小平面镜上更亮？从而导入新课，本实验的情境本质上与教材中提到的“有时，黑板的反射光会‘晃着一些同学的眼睛”一样[2]。

3.2    用實验探究教学重点

实验在物理教学中一个重要的作用就是帮助学生构建情境，积累感性经验，搭建知识理解的脚手架，降低学生学习的难度，让更多学生能够达成学习目标，实现教学重点的突破。即利用实验可以解决教学中学生怎么学、怎么轻松学的问题。“光的反射”的教学重点是光的反射定律，为此设计如下实验，层层递进得出光的反射定律。

实验2：用激光笔、平面镜、光屏等设计如图2所示的演示实验装置。

具体操作如下：

（1）打开激光笔，激光照射到平面镜上，将光屏放在与平面镜所在平面垂直的竖直平面内，可以清晰地看到两条光线（入射光线和反射光线）。

（2）多次调整入射光线的入射角度，反射光线也随之变化，但仍在光屏所在平面内。

（3）入射光线入射角度不变，但改变光屏所在平面，多次调整，可以发现入射光线和反射光线只在与反射面（镜面）垂直的平面内。

（4）得出结论：入射光线与反射光线在垂直于反射面的平面内。

为了进一步探究反射定律，可以设问：利用“入射光线与反射光线在垂直于反射面的平面内”的结论，知道入射光线能确定反射光线吗？学生易知道，如果只是共面的话，反射光线有无数多条，而实际只有一条。所以还需要进一步探讨，设计实验3。

实验3：用平面镜、玻璃、激光笔、塑料箱等设计如图3所示的实验装置。

具体操作如下：

（1）打开激光笔，让激光从同一方位（例如学生的左侧）以不同角度入射，让学生观察反射光线。发现入射光线比较倾斜，反射光线也比较倾斜;入射光线比较接近竖直，反射光线也比较接近竖直。

（2）在入射光线和反射光线交点处正上方放置另外一只不同颜色的激光笔，让入射光线围绕中间的激光笔旋转，旋转过程中可以改变入射光线的倾角，让学生观察后总结结论。学生容易发现，入射光线在左、反射光线在右，入射光线在前、反射光线在后……即“入射光线与反射光线位于中间激光笔光线的两侧”。

（3）引入辅助线“法线”。

（4）得出结论：入射光线与反射光线分居法线两侧。

为了更进一步探讨反射定律，教师设问：有了“入射光线与反射光线共面和分居两侧”的结论，知道入射光线能确定反射光线的位置吗？学生易知道只是基于“共面”和“分居两侧”的约束条件，反射光线还是有无数多条，还需要进一步探讨入射光线与反射光线的关系，设计实验4。

实验4：用标有角度的光屏、激光笔、平面镜等设计如图4所示的实验装置。

具体操作如下：

（1）打开激光笔，让激光以不同角度入射，记下入射光线与法线的夹角，观察并记下反射光线与法线的夹角。

（2）引入概念入射角、反射角，并作图表示，如图5所示。

（3）多次改变入射角度，记下入射角与反射角。

（4）归纳得出结论：入射角等于反射角。

3.3    用实验探究教学难点

教学的难点往往需要教师给学生提供足够的感性经验作为支撑，才能帮助学生解决学习过程中的疑难，实现教学难点的有效突破，让学生觉得自己能够学好物理，树立积极的自我效能感，从而更愿意学习物理。利用实验可以给初中学生提供形象、具体的情境，将难以理解的物理知识形象地表达出来，让学生更容易理解。

本节内容中学生比较难以理解的是镜面反射和漫反射，以及这两种反射的运用。为了突破这一难点，设计了实验5。

实验5：用平面镜、激光笔、光屏等设计如图6（a）所示的实验装置。

具体操作如下：

（1）打开激光笔演示镜面反射，如图6（a）所示。

（2）拿掉遮挡反射面的木箱，如图6（b）所示。

（3）演示漫反射，如图6（c）所示。

（4）拿掉遮挡反射面的木箱，如图6（d）所示。

（5）总结得出结论：镜面反射是平行光照射到光滑表面上，反射光线也是平行的;漫反射是平行光线照射到凹凸不平的表面上，反射光线向各个方向。

（6）让学生作镜面反射和漫反射的光路图。

本节内容中学生比较难以理解的另一个知识点就是“光路可逆”，为了突破这一难点可以设计实验6。（下转第51页）

（上接第48页）实验6：用两支激光笔、光路盘设计如图7所示的装置。

具体操作如下：两支激光笔都打开，将第二支激光笔的光线沿第一支激光笔的反射光线射入，即可得到光路可逆。

3.4    设计实验强化知识运用

检验课堂教学的优劣、教学目标的达成度，最终要看学生学得怎么样，能否解决问题。对学生学习效果的检验主要有两个方面：一方面，看学生是否会利用所学知识解决物理习题;另一方面，利用所学知识解决生活中的实际问题。设计实验探究生活案例可以强化学生知识的运用过程，实现知识的升华，认知水平和思维水平的提升。

“光的反射”教学中，可以给学生展示交警执勤穿的反光背心，构建情境，让学生探讨其光路。为了引导学生思考，激发学生的兴趣和求知欲可以设计如下问题：（1）交警反光背心反光目的是什么？（2）其反射是镜面反射吗？是漫反射吗？然后，利用如图6（b）所示的装置给学生演示其原理，让激光照射到水平的镜面上，再用另外一個竖直的平面镜使反射光线二次反射，发现经过两次反射后光线平行于原来的入射光线反射回去，如图8（a）所示;改变入射光线的入射角度，只要两平面镜保持垂直，二次反射后光线依然与入射光线平行，如图8（b）所示。这样交警执勤时，当远处有机动车驶来车灯光线照射到交警身上就会被平行反射回去，驾驶员就会发现交警，采取避让措施，保护交警的安全。为了升华学生的认知，演示实验完成后可以让学生作出如图8（a）的光路图。到了九年级复习阶段学生已学习了相关几何知识，可以让学生证明为何两个镜面垂直，二次反射后光线与原入射光线平行。

参考文献：

[1]阎金铎，田世昆.中学物理教学概论（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2003：69.

[2]彭前程.义务教育教科书物理八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2012：75.

（栏目编辑    刘   荣）