基于核心素养培养的“平面镜”实验教学设计

曹蕴瑞 申 洁

（苏州市振华中学校，江苏 苏州 215000）

物理学是一门以实验为基础的科学，所以物理学习离不开真实的实验研究与体验，实验中的每一个发现都是推动思维不断提升的动力.初中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的关键时期，初中物理学习更需要从实验和现象出发，聚焦实验，提升学生的思维能力.2018年9月习总书记在世界公众科学素质促进大会上指出科学技术是第一生产力，创新是引领发展的第一动力.蒸汽机的发明把人类带进了蒸汽时代，发电机和电动机的发明把人类带进了电气时代，计算机的出现和普及将人类带进了信息时代，每一次创新都是推动人类文明向前迈进的基石.所以，物理学科教学的目标应定位于提升学生的核心素养，培养创新人才.笔者经过一线教学实践探索，尝试通过合理的教学途径逐步培养学生的创新能力.在实践总结的基础上，笔者认为物理学科能力发展的重要途径是体验，探究，创新.这也是物理学习应有的方式.本文以笔者参加2020年江苏省初中物理优秀课评比获一等奖的“平面镜”一课的为例，浅谈基于核心素养培养的初中物理实验教学设计的3个方面.

1 创设问题情境，引发认知冲突，在情境体验中深化对平面镜的认识

课堂教学的精心设计体现在真实问题情境的创设中，而创设能引发认知冲突的问题情境有助于深化学生的认识.比如：平面镜这节课的课题引入，笔者尝试创设了“真假烛焰”的问题情境，在玻璃板前放置一支点燃的蜡烛，板后放置两支蜡烛，一支在像的位置不点燃（如图1），另一只在边上点燃，看到3支点燃的蜡烛，但只有两支能将火柴引燃.通过对比实验引发学生的认知冲突，激发学生的好奇心，使学生对物和像有新的认识.在解谜的环节通过抽拉板发现抽板——烛焰消失（如图2），推板——烛焰出现这一现象对情境进行了深化（如图3），把冲突的关键聚焦到玻璃板（平面镜）上，自然过渡到本节课课题研究和新课学习.在这里的实验情境创设可以对学生的前概念误区起到一定的矫正作用.让学生在体验过程中意识到像落在玻璃板后面的蜡烛上，从而对科学概念的建构起到促进作用.也为后面的实验探究环节做铺垫.情境在这里起到了桥梁的作用，给学生科学概念的建构提供了跨越的支撑.课堂教学的每一个教学环节的进行都有赖于情境的创设.

图1 “真假烛焰”情境

图2 抽板烛焰消失

图3 推板烛焰出现

2 丰富学习体验，在活动中促进科学探究能力和科学思维水平的提升

这节课的设计主要在以下3个方面对学生的科学思维和探究能力进行培养：① 如何进行猜想和假设；②如何培养问题意识；③ 如何收集证据.

2.1 基于经验和体验进行猜想假设

课堂教学中引导学生进行科学猜想应该基于学生的生活经验和课堂上的观察体验，通过教学活动情境的设计让学生在感性认识中暴露出前概念.比如：将玻璃板前的蜡烛前后左右移动，引导学生观察玻璃板后烛焰的变化，同时让学生尝试表述观察到的实验现象，从而让学生体验并发现“像在板后，像随物动”（如图4）；再请两位学生当场体验照镜子的动态过程（如图5），人向镜面靠近时，观察像有哪些变化并进行表述.学生的直觉体验是“近大远小，物近像近”.从而自然生成了“像的大小会随物体到镜面的距离变化而变化吗？”这一探究课题.这些基于学生经验和体验的认知呈现，为科学探究提供了铺垫，也是学生探究学习活动的起点.通过观察和表述现象这一教学过程锻炼了学生的观察能力和语言表述能力，从经验和体验生成猜想，引发探究.

图4 像随物动

图5 照镜子体验

2.2 培养学生的问题意识，在解决问题的过程中提升思维

在器材的选择和比较中可以培养学生的问题意识，让学生在解决问题的过程中提升思维，强化对学习资源的优化选择.器材有选择性，课才有开放性，思维才有生成性.当学生用镜子发现确定虚像位置出现困难时，会联想到引入实验时用到的玻璃，此时笔者提供透明玻璃和贴膜玻璃给学生选择和比较，经过实验对比学生会发现透明玻璃中棋子的像很暗，没有贴膜玻璃效果清晰，这是为什么呢？当学生将此时的发现与烛焰在玻璃板中能形成的清晰的像进行现象对比后自然会生成思考，找到原因——主要是由于光线强弱的不同.然后让学生思考解决方案，如何使透明玻璃板中棋子的像更清晰？学生自然而然想到对棋子增加光照或者减弱玻璃板后面的光强.这其实就是做中思，做中学的过程.在棋子的设计改进上，用黑色吸管设计制作了不对称的“黑帽子”（如图6），目的是让学生在探究过程中衬托和强化物像对称的现象.不一定每个学生都能发现这里的机关，但如果有学生发现左右不对称那更能说明平面镜成像的对称性.教学过程的设计不一定都要显性化，有些隐性设计可以给学生创造更多探究的可能性.

图6 “黑帽子”棋子

2.3 通过采集数据、收集证据培养实证意识，使探究学习有层次、有台阶.

在探究实验的过程中培养学生边观察边记录数据的实验习惯，从而培养学生的实证意识.基于学生关于平面镜成的像有“近大远小”的猜想，教师可以更有针对性的设计实验探究环节.同时，教师应考虑到这是8年级学生初学物理首次进行的以寻找规律为目的的探究性实验，探究能力尚处于起步阶段，设计能力较弱，所以在实验表格设计中笔者对物理量的表达进行了细化，同时在表格中适当留白（如表1），给学生留出生成空间，有助于学生在测量后进一步思考，确定新的测量对象得出更多的探究结论.通过这样的方式给学生的表格设计过程提供适应性台阶.通过数据采集和比较，学生自然可以纠正前概念的误区，得出“像的大小并不随距离改变而改变”，像与物体始终等大.教师此时可以生活现象为例简单说明“近大远小”的视觉效果.在数据处理的过程中，通过完善表格，分析数据，学生会发现像与物体的对称性，最终得出物像对称的特点.科学意识、科学观念、科学方法和科学思维的培养可以渗透和贯穿于实验探究的过程中.

表1 探究像的大小与距离变化的关系

3 注重学以致用，发展学科素养，在应用实践中培养创新能力

学以致用的观点是义务教育物理课程标准中倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”理念体现.基于学生在数学学科已经学过对称图形，得出平面镜成像特点后笔者让学生尝试根据对称性直接作图，目的是给学生一个思维训练空间，进行数学方法到物理作图的迁移，然后通过学生之间交流评价的方式来强化光学作图的规范性，结合成像特点强化物理图像模型建立时的学科特征，如“虚像用虚线”.对称法作图是本节内容在知识层面的应用，我们还可以把它引申到现实生活中前挡玻璃的倾斜设计，凸显出知识在生活中的应用价值.笔者在课堂上呈现的可拆卸式的潜望镜模型则是技术层面的应用.通过学生的真实体验，利用手机投屏技术现场展示观察口的画面，增强全体学生的体验感.在此基础上引发学生思考潜望镜的光学结构，请学生先猜一猜其内部构造，再进行现场解剖，利用激光发射器展示光路，让学生在真实情境中直观地看到光线模型，为下一节“光的反射”内容的教学形成铺垫.充分体现从实际问题到物理模型的建构过程，同时让学生了解光学仪器的结构，激发学生动手实践的意识.学以致用的价值在于引领学生形成从物理走向社会的意识.

创造力的培养源于体验、实践和创新制作的过程.本节课上笔者尝试将平面镜成像的应用进行拓展延伸，从一面镜子到两面镜子进行组合，逐渐减小两面镜子的夹角，让学生体验成像渐变增多的过程（如图7），在体味对称美的动态过程中形成新的冲突，产生新思考，留下新的探究空间.

图7 两面镜子成像

传承、熏陶和感染是引发学生共情，激发学生动手动脑的良性循环方式.在上一个情境拓展中抛出新问题：当两面镜子的夹角减小到0°时，会看到什么现象？然后展示深邃灯（如图8）.通过深邃灯的设计可以将镜面成像向无穷远处延伸，也将教学向远处延伸，给学生留下更多可思可探的空间.课堂教学的情境创设为学生提供更多可能才能让学生有更多见识、获得更多启发，激发学生的好奇心，形成更多的模仿意识，生成尝试的动机.由此产生的内驱力是培养创新能力的源动力.在学生跃跃欲试的状态下，给学生器材，他们会迫不及待地去尝试.在课堂教学的结尾环节给学生3面小镜子制作万花筒，通过动手制作实践，带给学生更大的收获和成就感.此教学设计环节通过自制教具和学生自制学具的呈现，让学生在震撼的视觉体验中感受创意为生活带来的惊喜.课堂结尾笔者设计了选择性创意设计作业作为应用拓展：① 设计制作简易潜望镜或完善万花筒的设计，将制作过程写成一份微报告.②深入探究双面镜成像个数与镜面夹角的关系，形成一份探究报告.目的是将探究和设计理念从课堂延伸到课外，从实践层面培养学生的创新能力.

图8 深邃灯

真正的学习源于每一次思维活动的开展.不是简单的经验复制，而是学生自身知识体系的建构和完善，是学生基于真实问题情境的体验、思考、探究、应用、创新…核心素养的培养应溶于每一个丰富灵动的课堂内外.