劉璐璐 張皓晶

(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,云南 昆明 650500)

建構(gòu)主義教學(xué)思想不僅對(duì)我國(guó)教學(xué)理論與教學(xué)實(shí)踐改革產(chǎn)生了巨大影響,對(duì)全世界的其他國(guó)家的教育實(shí)踐改革也都產(chǎn)生了巨大的影響.它促使我們變革舊有的教育觀念,確立了以學(xué)生為主體的教學(xué)觀.建構(gòu)主義思想認(rèn)為,教師應(yīng)當(dāng)把學(xué)生視作一個(gè)自我構(gòu)建自己知識(shí)體系的自生產(chǎn)系統(tǒng).通過對(duì)高中生思維特點(diǎn)的分析,筆者發(fā)現(xiàn):高中生尚處于“由形象思維和感性思維”向“抽象思維和理性思維”發(fā)展的過渡時(shí)期,很多時(shí)候仍然沿襲初中時(shí)的定性思維方式,容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的思維傾向.并且很大一部分的高中生都缺乏發(fā)散性思維,思維水平上存在著片面性、表面性.因此,作為新生一代的物理教師,學(xué)習(xí)建構(gòu)主義教學(xué)方法,做好學(xué)生學(xué)習(xí)的“引路人”將是十分必要的. 一直以來(lái),高中物理教師幾乎都是按照教科書上的章節(jié)內(nèi)容安排來(lái)進(jìn)行授課的.這種教學(xué)方式自然有其優(yōu)勢(shì),但同時(shí)也存在缺陷.缺陷就在于,如果教師直接引入高中的知識(shí)內(nèi)容,而不在初中已有的知識(shí)基礎(chǔ)上建構(gòu),學(xué)生會(huì)出現(xiàn)知識(shí)斷層的狀況,成了“知識(shí)的容器”.因此,在引入與初中知識(shí)有關(guān)聯(lián)的高中內(nèi)容時(shí),需要教師主動(dòng)將學(xué)生過去的經(jīng)驗(yàn)與當(dāng)下所學(xué)的內(nèi)容有效結(jié)合起來(lái).

教師首先需要明確這樣一點(diǎn):既然學(xué)習(xí)者不是被動(dòng)接收知識(shí)的,而是主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的.那么,對(duì)學(xué)習(xí)者先前知識(shí)的注意就應(yīng)當(dāng)成為教學(xué)工作的一個(gè)十分重要的基本要素.教師要做的就是幫助學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、去質(zhì)疑、去主動(dòng)建構(gòu),這也是在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵點(diǎn).同時(shí),這種建構(gòu)主義的觀念在教學(xué)方面也給教師一種啟示,即教師需要依據(jù)教學(xué)大綱和學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)特點(diǎn),避免對(duì)單一知識(shí)的過度關(guān)注,從整體角度把握教學(xué)需求,整合教學(xué)內(nèi)容與相關(guān)資源,引導(dǎo)學(xué)生做好知識(shí)建構(gòu),提升高中生的物理學(xué)科素養(yǎng).下面以教學(xué)過程中引起學(xué)生困惑的兩個(gè)光學(xué)問題為例,就建構(gòu)主義思想引入高中光學(xué)課堂做一個(gè)闡述,以期為中學(xué)物理教師的教學(xué)提供參考.

1 為什么瞄準(zhǔn)魚頭叉不到魚,而用激光照射卻能射中?[1]

1.1 建構(gòu)起點(diǎn)——學(xué)情分析

雖然高中物理教材人教版選修3-4的光學(xué)章節(jié)中,對(duì)光的折射定律已有較為深入的講述及應(yīng)用,但光線的引入畢竟是一種建模,對(duì)學(xué)生而言分析難度較大,對(duì)他們的抽象思維能力來(lái)說(shuō)更是一種挑戰(zhàn).如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不注意把握折射的知識(shí)點(diǎn),學(xué)會(huì)幾何光學(xué)問題的分析方法,將初中定性分析問題的方法轉(zhuǎn)化成高中定量的幾何光學(xué)問題的分析方法,便容易產(chǎn)生疑惑.在學(xué)生學(xué)完初中光的折射內(nèi)容后,他們就已經(jīng)知道了池水看起來(lái)比實(shí)際的淺,是由于池底某點(diǎn)發(fā)出的光從水中斜射向空氣時(shí)會(huì)發(fā)生偏折,所以逆著折射光看去就會(huì)感覺這點(diǎn)的位置升高了.利用同樣的道理,學(xué)生們也一定會(huì)知道瞄準(zhǔn)魚的下方可以叉到魚,而對(duì)準(zhǔn)魚叉魚是叉不到的.[2]

1.2 建構(gòu)策略——引入問題,引發(fā)認(rèn)知沖突

圖1 水下反射回人眼的光路與激光照射水下物體的光路

那么魚為什么能被激光光束射中呢?在這里,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了高中光的折射定律,教師便可對(duì)學(xué)生進(jìn)一步提問,讓他們?cè)谝延袑W(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上做出自己的分析.這便自然地引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)了學(xué)生想要進(jìn)一步探求真理的欲望.當(dāng)然,在這里教師除了要使學(xué)生內(nèi)部認(rèn)知系統(tǒng)獲得調(diào)節(jié)順應(yīng)外,還應(yīng)當(dāng)要教會(huì)學(xué)生作圖輔助的思維方法.

1.3 建構(gòu)過程——分析問題,解除困惑,學(xué)生完成提升

如圖1所示,O為法線與分界面的交點(diǎn),N為法線,i為入射角,r為折射角.學(xué)生們根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)就已經(jīng)知道了人眼看到的水下的魚,實(shí)際上是位于A點(diǎn)折射到人眼的光線形成的.因此,人用鋼叉沿入射光線經(jīng)O點(diǎn)往下叉,顯然是叉不到魚的.那為什么用激光就能射中魚呢?原因在于激光沿入射光線方向射向界面交點(diǎn)O點(diǎn),會(huì)在不同介質(zhì)分界面上發(fā)生偏折,而偏折的光線就會(huì)偏折到我們?nèi)搜劭吹降聂~像對(duì)應(yīng)的真實(shí)實(shí)物上,也即真實(shí)的魚上,所以激光可以射中魚.

1.4 教學(xué)啟示

在教學(xué)過程中,教師應(yīng)當(dāng)注意運(yùn)用建構(gòu)主義的思想,幫助學(xué)生在其初中的光折射知識(shí)基礎(chǔ)上不斷深化,達(dá)到能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí),解釋生活中與光折射有關(guān)的一些問題的程度.教師在日常教學(xué)中,也應(yīng)當(dāng)合理巧妙地創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突,使學(xué)生在解決認(rèn)知沖突的同時(shí),掌握學(xué)習(xí)方法、理解知識(shí)內(nèi)涵、提升科學(xué)素養(yǎng).在原有認(rèn)知沖突解決后,還需不斷使學(xué)生產(chǎn)生新的認(rèn)知沖突,以使他們對(duì)該問題的認(rèn)識(shí)不斷深入,思維水平不斷提升.最終使他們的思維空間更加開闊,實(shí)現(xiàn)“舉一反三”.

與迂腐的教學(xué)形式、被動(dòng)灌輸式的教學(xué)相較,此處知識(shí)的獲得是通過學(xué)生與教師的共同思索得來(lái)的,更強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者在認(rèn)知過程中的中心地位,即學(xué)生主體的事實(shí).教師要做的就是探索幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系的過程、方法——引導(dǎo)學(xué)生發(fā)生認(rèn)知沖突,使他們產(chǎn)生不斷學(xué)習(xí)的欲望.

2 物在何方?

從空氣中觀察處于水下的物體,物體的實(shí)際位置在人眼看到的像的哪一邊?左下方還是右下方?從水下觀察空氣中的物體呢,情況又是怎樣的?

2.1 建構(gòu)起點(diǎn)——學(xué)情分析

在解決此類問題時(shí),學(xué)生已經(jīng)具備了初中的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容基礎(chǔ),也初步學(xué)習(xí)了高中光的折射與反射定律的內(nèi)容,并具備了相當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)幾何知識(shí).但就物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)而言,現(xiàn)階段的學(xué)生在分析、綜合、解決實(shí)際問題方面仍存在很大困難,對(duì)知識(shí)的理解圄于表面,對(duì)物理過程的分析停留在淺層次.

2.2 建構(gòu)策略——借助案例,學(xué)會(huì)查閱文獻(xiàn),自主分析解決問題

設(shè)置這一問題,能夠讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣,讓他們更想自主地去探究光學(xué)中的物理規(guī)律.一則這類問題是原先的物理舊情景,學(xué)生熟悉;二則在舊情景上產(chǎn)生了新內(nèi)容,學(xué)生不會(huì)覺得乏味.教師也可以借助這個(gè)例子,讓學(xué)生更深入地理解幾何光學(xué)的知識(shí)內(nèi)容,使他們?cè)谠谢A(chǔ)上拔高,可謂“一石二鳥”.這里教師可做適當(dāng)引導(dǎo),教學(xué)生查閱資料、翻閱文獻(xiàn),并可在下次課上做出解答,教會(huì)他們?nèi)绾畏治龃祟悊栴}.

2.3 建構(gòu)過程——分析問題,解除困惑,學(xué)生完成提升

假設(shè)空氣的折射率為n2,水的折射率為n1,n2

圖2 從空氣中觀察水下物體的光路

如圖2中,以x軸代表兩種介質(zhì)的分界面,以O(shè)P為y軸,則P點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,y),假設(shè)如圖有兩條光線PM1、PM2,入射點(diǎn)M1的坐標(biāo)為(x1,0),M2的坐標(biāo)為(x2,0),PM1入射角為i1,PM2入射角為i1+di1,折射角則分別為i2,i2+di2.兩條射線M1N1,M2N2向后延長(zhǎng)分別交y軸于P1(0,y1),P2(0,y2)點(diǎn),并且在圖平面上相交于P′點(diǎn).引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的幾何知識(shí)進(jìn)行計(jì)算得到P1,P2點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別為

(1)

(2)

P′點(diǎn)的坐標(biāo)為

(3)

(4)

綜上所述,根據(jù)光路的可逆性原理,當(dāng)水中的物體斜射入人的眼睛時(shí),即由光密介質(zhì)斜射入光疏介質(zhì)的時(shí)候,物體的實(shí)際位置在人眼看到的像的位置的下方,其水平距離較像與人之間的距離更大,即實(shí)際位置在像的右下方.

那從處于水下的潛水艇口觀察空氣中的飛機(jī)位置時(shí),像與物的位置關(guān)系又是如何呢?此時(shí)空氣的折射率即為n1,水的折射率為n2,n2>n1.飛機(jī)位于空氣中的P點(diǎn),人眼從水中觀察到的空氣中的飛機(jī)的位置應(yīng)該位于P′點(diǎn)處.如圖3所示,飛機(jī)在P點(diǎn)處發(fā)出的光在折射率不同的兩種介質(zhì)(空氣和水)分界面上會(huì)發(fā)生折射,單心光束就被破壞成像散光束.同理,讓學(xué)生將n1、n2的數(shù)值代入(3)、(4)兩式即可得P′點(diǎn)的坐標(biāo).根據(jù)光路的可逆性原理,當(dāng)空中的物體斜射入水中人的眼睛時(shí),即由光疏介質(zhì)斜射入光密介質(zhì)的時(shí)候,物體的實(shí)際位置在人眼看到的像的位置的下方,其水平距離較像與人之間的距離更小,即實(shí)際位置在像的左下方.

圖3 從水下觀察空中的飛機(jī)的光路

那么,垂直入射下的折射成像又是怎樣的呢?[3]在此可以進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生在上述學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,先結(jié)合自己所學(xué)做出自己的判斷,而后在課堂上師生共同交流、探討最后的答案.對(duì)于有認(rèn)知矛盾的學(xué)生,教師就需要去發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題癥結(jié),并仔細(xì)耐心地幫助學(xué)生改變?cè)械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)情況.在這個(gè)過程中,學(xué)生個(gè)體必須學(xué)會(huì)順應(yīng)與調(diào)節(jié),以促使自己的認(rèn)知更加豐富、完善.

2.4 教學(xué)啟示

此類問題的示圖錯(cuò)誤經(jīng)常出現(xiàn)在一些中學(xué)物理教輔、教材上,甚至也會(huì)出現(xiàn)在不少中學(xué)物理教師的板書中.利用建構(gòu)主義思想,師生通過課堂上的互動(dòng)發(fā)現(xiàn)了這一問題,在共同解決的這一過程中,教師能夠引導(dǎo)學(xué)生理性質(zhì)疑,不盲目相信權(quán)威.讓學(xué)生知道,知識(shí)的應(yīng)用不應(yīng)當(dāng)是簡(jiǎn)單的套用,學(xué)習(xí)知識(shí)不能滿足于教條式的掌握,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中還需不斷地領(lǐng)會(huì)、把握它在具體情境中的復(fù)雜變化.筆者認(rèn)為在教材編寫中不妨加入相關(guān)的反思、拓展閱讀材料,讓師生共同體會(huì)、咂摸的同時(shí),又能幫助教師利用建構(gòu)主義的認(rèn)知特點(diǎn)合理地設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)的進(jìn)階.另外,更主要的還在于,對(duì)這些知識(shí)的思考不僅培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)幾何光學(xué)的興趣,也幫助他們樹立了正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀,擁有思辨性思維.這樣一種對(duì)問題追本溯源的方式,既幫助了學(xué)生反思自己的學(xué)習(xí)過程,又幫助了教師在教學(xué)領(lǐng)域進(jìn)一步拓展、深化,具有啟發(fā)性.

3 教學(xué)反思

任何規(guī)律的形成都是有條件的,教師在闡述規(guī)律時(shí)一定要強(qiáng)調(diào)該規(guī)律在某種特定的情境下適用.讓學(xué)生在自己發(fā)現(xiàn)問題的過程中創(chuàng)造更多價(jià)值.這一過程中,學(xué)生有知識(shí)的不足、方法的欠缺、想法的不合理,才是教師要教的,也是教師需要去探索如何教的.

對(duì)物理問題的研究要透過現(xiàn)象理解其本質(zhì),否則容易誤入形式主義的歧途,對(duì)物理學(xué)的認(rèn)知也無(wú)法達(dá)到真正的深入.利用建構(gòu)主義認(rèn)知論原理在學(xué)生已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,幫助學(xué)生做進(jìn)一步的拓寬,既符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)也符合教學(xué)的循序漸進(jìn)原則.幫助學(xué)生把所學(xué)過的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容整合到一起,豐富他們的認(rèn)知,梳理他們的知識(shí)體系,是值得探索的.學(xué)生不應(yīng)當(dāng)回避,作為“引路人”的教師更不應(yīng)該回避.隨著社會(huì)科技的發(fā)展進(jìn)步,知識(shí)更新加快,新生代教師群體還需不斷更新完善自己的知識(shí)體系,做到常有常新,并把這一行為習(xí)慣帶給學(xué)生,真正做到以身示范,師生遇到問題時(shí)也可以共同探討.