基于“理解”的六个侧面追求物理知识的真理解①<br/>——以“光的折射”教学为例

基于“理解”的六个侧面追求物理知识的真理解①
——以“光的折射”教学为例

2022-02-09张步青

物理之友 2022年11期

张步青

(江苏省丹阳市第三中学，江苏镇江 212300)

美国学者格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格在《追求理解的教学设计》中，界定了“理解”的六个侧面——解释、阐明、应用、洞察、神入、自知。我们在平时的教学中，往往是引导学生通过实验探究得出结论、应用知识解决问题，但学生距真正理解的要求还有很大距离，必须从解释、阐明、应用、洞察、神入、自知六个方面进行全面思考，才能达到知识的真理解，这对教学设计具有重要意义。笔者以“光的折射”教学为例，从追求理解的视角阐述教学设计。

1 解释：学生用自己的语言对知识进行阐述

问题：水中的筷子看上去向上翘，原因是什么？

解释：插入水中的筷子，由于筷子反射的光线从水中斜射入空气中时，传播方向发生了偏折，远离法线，折射角大于入射角，所以看到筷子在水中的部分是向上弯折。此时看到的像是筷子的虚像，这是一种折射现象。

杜威在《我们如何思考》一书中写到:“我们看到某个东西在动，猛然听到某个声音，闻到某种怪味道，我们就会问这是为什么……当我们弄清楚他们所表达的意思：一只松鼠在跑，两个人在交谈，火药爆炸散发出的味道，我们就说我们理解了。”能对问题或现象进行解释是反映学生理解所学知识的最重要的证据。这里的解释主要包括两个方面，一是解释现象、事实和数据，如海陆风是如何形成的？电闪雷鸣，我们为什么总是先看到闪电后听到雷声？二是阐明意义特征和关系，例如串并联电路中电阻的关系，串联电路的总电阻大于任何一个分电阻，这就相当于导体的长度变长了，而导体的长度越长电阻越大；并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，这就相当于导体的横截面积变大了，导体的横截面积越大，电阻越小。

2 阐明：学生理解物理情境和意义

问题：通过画图分别说明光从空气斜射入水中、从水中斜射入空气中、从水中垂直射入空气中的折射规律(图1)。

图1

学生会作图说明他理解了光折射的规律，上面这例子是通过作图来阐明，在物理教学中还有一种很重要的阐明方式，就是通过语言，教师要注重培养学生运用物理语言进行恰当表达的能力。例如，教师问：“将篮子挂在弹簧测力计的秤钩上，篮子所受的重力与什么力是一对平衡力？”学生可能会回答：“拉力。”教师追问：“谁对谁的拉力呢？”学生应该回答：“是弹簧测力计对篮子的拉力。”这样的表述才更为完整。在我们平时的课堂上，教师要加强对学生完整、正确表达自己观点的训练，同时还要加强把课本的语言转化为学生自己的语言，进而培养学生想说、敢说的心理素质，形成良好的表达习惯，为核心素养的发展奠定良好的基础。

3 应用：学生在真实情境中应用知识

问题：王维曾写过“大漠孤烟直，长河落日圆”的壮美诗句，诗人观察到的落日并非太阳的实际位置，而是光线经过不均匀大气时发生了而成的像，太阳实际在图2中位置。

图2

解释：太阳光从接近真空的太空进入大气层时，由于大气层的密度是不均匀的，会产生折射现象，折射光线会逐渐靠近法线，我们逆着折射光线的方向看，看到比实际位置高的太阳的虚像，所以当我们看到太阳即将落山时，它的实际位置已在地平线以下，即图2中乙的位置。生活中处处有物理，物理知识中也处处有生活的影子。学习物理的最终目的就是让学生能应用所学的知识去解决生活中的实际问题，让学生在面对这些问题的时候，能够从物理的角度去分析和解决问题。如学习了家庭电路之后，学生应该去学习用测电笔判定火线和零线。教师要鼓励学生在生活中多应用物理知识，让学生切实感受到物理的实用性。

4 洞察：学生从不同的视角看问题，采取批判的态度，进行整体把握

小慧在做光的折射规律实验时偶然发现：当激光从水中斜射向空气中时，当入射角增大到一定角度时，折射光线会消失，只剩下反射光线(图3)。这到底是什么原因呢？

图3

尽管初中物理教材中没有提及这一现象，但该同学勇于以批判的态度提出问题，通过查阅资料，她终于明白了其中的奥妙，原来是光的折射中的全反射现象。当光线从水中射向空气时，通常有一部分光进入空气，称为折射光，另一部分光反射回水中，称为反射光。水的折射率大于空气的折射率，即光从光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角，当入射角增大时，折射角也增大，但折射角先增大到90°，此时折射光消失，只剩下反射光，这种现象称为全反射现象，刚好发生全反射时的入射角叫作临界角。当入射角大于或等于临界角时，才会发生全反射现象。光纤通信就应用了光的全反射原理，光导纤维在结构上有内芯和外套两种不同介质，内芯比外套的折射率大，光从内芯传播到与外套的界面时会发生全反射现象，从而保证光不会泄漏到光纤外(图4)。

图4

学生学习了透镜对光的作用后，经常会将“透镜对光的会聚作用”与“出射光束为会聚光束”相混淆。在课堂中，老师要通过与学生一起作图解释，最终判定透镜对光是起会聚作用还是发散作用，并不是看出射光束是会聚的还是发散的，而是把不过光心的光线射出的方向与射入的方向相比较，是向主光轴靠近还是远离主光轴，向主光轴靠近的透镜，对光线有会聚作用，是凸透镜；出射光线远离主光轴的透镜，对光线有发散作用，是凹透镜。引导学生从整体上把握透镜对光的作用的本质。

5 神入：让学生站在别人的角度思考问题，感知别人没有察觉的问题

德国学者西奥多·立普斯在20世纪初提出用“神入”这个词来描述人们为了理解一本著作或一场艺术表演所需要做的事情，神入是一种有意识的行为，试图找到他人的观点和行为的合理合情之处和意义所在。物理教学中的神入不仅可以引导我们重新设计情境，还可能改变我们的看法。学生要以开放的心态看待那些看似奇怪的、难以理解的一些现象，克服自己的习惯性思维，发现那些不寻常却很可能意义重大的问题。

在学习了“光的折射”后，小明提出了新的问题：不同物质对光的折射能力不同，折射是由什么因素决定的呢？

为了解决小明的疑问，小聪查阅资料，给小明提供了如图5、表1所示的相关信息，仔细观察图中的光路，对照表1中的数据，可以得出结论：当时，折射角小于入射角，反之折射角大于入射角。根据上述信息，可画出光从酒精斜射入玻璃时的折射光线。

图5

表1

分析：由图5甲知，当光从水斜射入玻璃时，折射光线靠近法线，折射角小于入射角，从表1可以看出光在玻璃中的传播速度小于在水中的传播速度。

当光从玻璃斜射入冰时，折射光线远离法线，折射角大于入射角，从表1可以看出，光在冰中的传播速度大于在玻璃中的传播速度。

当光从冰斜射入空气时，折射光线远离法线，从表1可以看出，光在空气中的传播速度大于在冰中的传播速度。

得出结论：光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质时，折射角小于入射角；光从传播速度小的介质斜射入传播速度大的介质时，折射角大于入射角。

图6

由表1可以看出，光在酒精中的传播速度大于在玻璃中的传播速度，所以光从酒精斜射入玻璃中时，折射角小于入射角，可画出光从酒精斜射入玻璃时的折射光线(图6)。

6 自知：学生在知识学习后进行自我评估

“知人者智也，自知者明也。”人最不理解的是自己。在教学过程当中，我们对促进学生自知力的提升较为漠视，在帮助学生强化正确认知，纠正错误观念方面做得不够。学生在学习中往往满足于记忆，缺少对前后学习内容的对比，难点研究不深入，所以难以发现自己在知识上的缺陷和思维上的漏洞，难以达到很好的自知。在“光的折射”教学中，笔者以问题驱动学生进行自我评估。