朱舒雁

摘要：初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力主要包括概括理解、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用、求實(shí)創(chuàng)新四大方面，是學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)、科學(xué)探究、問題解決過程中需要的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理課的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要載體。本文以“探究平面鏡成像規(guī)律”為例，探討通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展學(xué)生物理關(guān)鍵能力的方法。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵能力;初中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中物理課堂中的重要組成部分。初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最常涉及的是提出問題、作出猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、證據(jù)論證、評(píng)估六個(gè)思維過程。初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力是初中生在接受物理教育時(shí)，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備能力，主要包括“概括理解”“實(shí)驗(yàn)探究”“實(shí)踐運(yùn)用”“求實(shí)創(chuàng)新”四大方面。在實(shí)際教學(xué)中，教師可根據(jù)各實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及初中物理核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，將這六部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)做適當(dāng)調(diào)整。

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要載體。通過創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)那榫?，結(jié)合任務(wù)單、問題提問等手段，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、推理、設(shè)計(jì)、操作、論證、評(píng)價(jià)等體驗(yàn)性學(xué)習(xí)，使學(xué)生真正融入實(shí)驗(yàn)情境，積極參與實(shí)驗(yàn)探究，靈活運(yùn)用規(guī)律解決實(shí)際問題，充分提升學(xué)生的關(guān)鍵能力。

一、 問題與猜想：情境體驗(yàn)，發(fā)展觀察推理能力

生活中常用的梳妝鏡就是一塊平面鏡。學(xué)生每天都能看到自己在平面鏡中成的像，但學(xué)生其實(shí)不太了解鏡中的“自己”：有的認(rèn)為平面鏡成的像在鏡面上、有的認(rèn)為平面鏡成像遠(yuǎn)小近大、有的認(rèn)為自己和鏡中像舉起的都是右手等?；趯W(xué)生對(duì)平面鏡成像的不同看法，提出問題：平面鏡成的像有什么特點(diǎn)？

在猜想環(huán)節(jié)，學(xué)生可能會(huì)受課本知識(shí)影響，馬上得到“正確”的猜想，但很難說出得到這些猜想的依據(jù)。教師創(chuàng)設(shè)情境“鏡像模仿”，即模仿像或是觀察他人模仿像。學(xué)生通過情境體驗(yàn)，從自己的原認(rèn)知系統(tǒng)中提取與平面鏡成像特點(diǎn)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。體驗(yàn)1：教師邊說邊做動(dòng)作“舉右手”“舉左手”，全體學(xué)生同步模仿教師在平面鏡中的像。體驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)教師舉右手，學(xué)生也舉右手的情況。此時(shí)，需要給模仿失誤的學(xué)生一點(diǎn)時(shí)間去觀察、回憶、糾正動(dòng)作。體驗(yàn)2：教師和一位學(xué)生在教室前演示，教師邊說邊做動(dòng)作“舉右手打招呼”“向前伸左手‘握手”“向左移動(dòng)”“后退”“左轉(zhuǎn)面向?qū)W生并舉右手告別”，演示學(xué)生同步模仿像的動(dòng)作，其他學(xué)生觀察。

體驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生討論并做出有依據(jù)的猜想：平面鏡成的像可能有什么特點(diǎn)？學(xué)生在模仿與觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行猜想：猜想1：“像與物是對(duì)稱關(guān)系”，依據(jù)：像與物是數(shù)學(xué)上的軸對(duì)稱圖形，平面鏡是對(duì)稱軸。猜想2：“像與物到平面鏡的距離可能相等”，依據(jù)：老師后退，同學(xué)也后退，這兩段距離可能相等。教師追問：有沒有不同的看法？有學(xué)生回答：像可能在平面鏡的鏡面上，像到平面鏡的距離為零。猜想3：“像與物大小相等”，依據(jù)：像與物是軸對(duì)稱圖形，大小相等。教師追問：有沒有不同的看法？有學(xué)生回答：像與物大小可能不相等，因?yàn)槠矫骁R中成的像好像近處的看上去大，遠(yuǎn)處的看上去小。猜想4：教師通過“小孔成像成的是實(shí)像”引入猜想平面鏡成的像是虛像還是實(shí)像。學(xué)生沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，感覺無從猜起，后經(jīng)引導(dǎo)知道可用光屏檢驗(yàn)像的虛實(shí)。猜想至此結(jié)束，學(xué)生同時(shí)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

二、 設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)：任務(wù)導(dǎo)向，發(fā)展設(shè)計(jì)操作能力

實(shí)驗(yàn)前，先向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)器材：可使物體成像的鏡子、茶色玻璃板;5號(hào)電池兩節(jié)、7號(hào)電池兩節(jié)、正方體木塊一個(gè);白紙兩張;學(xué)生身邊可以用到的文具等。學(xué)生以兩人為一組，每組一張實(shí)驗(yàn)任務(wù)單。任務(wù)共三項(xiàng)：選擇實(shí)驗(yàn)器材定位像、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格并確定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)，學(xué)生每完成一項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行一次反饋。

任務(wù)一：選擇實(shí)驗(yàn)器材，定位像。（1）確定研究對(duì)象（成像的物體）;（2）選擇實(shí)驗(yàn)器材并正確擺放;（3）選擇另一物體確定像的位置。

實(shí)驗(yàn)器材的合理選擇，不僅可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程，還可以方便地觀察并得到結(jié)論。學(xué)生一般都能夠快速且有依據(jù)地確定研究對(duì)象及找像物體，如學(xué)生基本會(huì)選擇兩節(jié)5號(hào)電池或兩節(jié)7號(hào)電池而不會(huì)做出其他選擇，原因是5號(hào)電池與7號(hào)電池大小不同，正方體木塊則與電池大小、形狀都不同。

該任務(wù)的難點(diǎn)是平面鏡的選擇。由于平面鏡是不透明的，學(xué)生無法同時(shí)看到物體的像和找像的物體。同時(shí)，學(xué)生也會(huì)受到平面鏡定義（鏡子的表面是平的）的影響，較難想到物體通過玻璃板成的像也屬于平面鏡成像。為了突破這個(gè)難點(diǎn)，教師給每個(gè)小組提供一面鏡子和一塊單面鍍膜的茶色玻璃板，并且告訴學(xué)生物體通過玻璃板表面成的像也屬于平面鏡成像。學(xué)生通過“嘗試—錯(cuò)誤—討論歸因—再嘗試”的過程發(fā)現(xiàn)茶色玻璃板雖然是透明的，但也可以使物體成像，且可以同時(shí)看到物體成的像和找像的物體。用茶色玻璃板代替平面鏡可方便地確定像的位置。

學(xué)生在選擇器材時(shí)，通常不會(huì)想到用白紙記錄平面鏡、研究對(duì)象、像（找像物體）的位置。因此，在學(xué)生成功定位像后，教師提問：這兩張白紙可能是用來做什么的？由于教師在猜想階段已經(jīng)介紹過用光屏檢驗(yàn)像的虛實(shí)，故學(xué)生馬上能反應(yīng)出來其中一張白紙是用來檢驗(yàn)平面鏡成像的虛實(shí)。另一張白紙呢？教師馬上提醒學(xué)生：實(shí)驗(yàn)留痕，這張白紙是用來記錄平面鏡、研究對(duì)象以及像（找像物體）的位置的。同時(shí)，引出任務(wù)二。

任務(wù)二：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，確定實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是結(jié)論得出的重要依據(jù)。一張合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表能夠體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮退悸?。學(xué)生由猜想討論得到表格中需要記錄的項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)次數(shù)、物體到鏡面的距離、像到鏡面的距離、物的大小、像的大小、光屏上是否有像（像的虛實(shí)）。

學(xué)生一般認(rèn)為可以通過測(cè)量研究對(duì)象與找像物體的高度就可以比較像與物的大小，忽略物體寬度、形狀等。教師首先肯定測(cè)量是可行的，然后提醒學(xué)生：為什么同學(xué)們?cè)谡?號(hào)電池的像的位置時(shí)不用7號(hào)電池也不用正方體木塊？引導(dǎo)學(xué)生理解用“等效替代法”（即若研究對(duì)象與找像的物體完全相同，且找像的物體與研究對(duì)象的像完全重合，則研究對(duì)象的像與研究對(duì)象完全相同）也可比較像與物的大小。因此將表格中的項(xiàng)目“物的大小”和“像的大小”改為“B與A的像完全重合/不重合”（如表1）。

實(shí)驗(yàn)次數(shù) 物到鏡面的距離/cm 像到鏡面的距離/cm B與A的像完全重合/不重合 光屏上是否有像

任務(wù)三：實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)。（1）在白紙上標(biāo)記平面鏡、研究對(duì)象及其像的位置;（2）比較像與物的大小;（3）觀察光屏上是否有像（像的虛實(shí)）;（4）測(cè)量像與物到鏡面的距離。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)遇到一些問題，如將非鍍膜的一面作為反射面，致使研究對(duì)象成的像不夠清晰，影響找像位置的精確度等。教師在巡視過程中也要提醒學(xué)生如實(shí)填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并思考或討論實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及其可能的產(chǎn)生原因，在時(shí)間允許（約15分鐘）的情況下可再多做幾組實(shí)驗(yàn)。

三、 論證與評(píng)估：信息處理，發(fā)展分析總結(jié)能力

論證即得出結(jié)論，要求學(xué)生選用合適的方法對(duì)收集的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)證據(jù)對(duì)猜想做出合理判斷，解決提出的問題并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，錯(cuò)誤經(jīng)常會(huì)存在，誤差也是不可避免的。評(píng)估階段要求學(xué)生在得出結(jié)論后，分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問題、產(chǎn)生錯(cuò)誤及誤差的原因等，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析的合理性，最后提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法。本實(shí)驗(yàn)的證據(jù)論證和實(shí)驗(yàn)評(píng)估有三個(gè)方面。

（一）證據(jù)論證平面鏡成像特點(diǎn)

①根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“找像物體能夠與研究對(duì)象的像完全重合”，得出結(jié)論“像與物大小相等（等大）”。②連接像與物所標(biāo)記的位置，測(cè)量并比較數(shù)據(jù)“物到鏡面的距離”和“像到鏡面的距離”，發(fā)現(xiàn)在誤差允許范圍內(nèi)兩段距離大小大致相等，得出結(jié)論“像與物到平面鏡的距離相等（等距）”。③根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“光屏上無像”，得出結(jié)論“平面鏡成的是虛像”。④“對(duì)稱”是物體對(duì)某個(gè)平面而言，在大小、形狀和排列上具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。學(xué)生根據(jù)信息“像與物完全相同（大小、形狀）”“等距”“像與物位置的連線與平面鏡垂直”，得出結(jié)論“像與物關(guān)于平面鏡對(duì)稱（對(duì)稱）”。

（二）討論實(shí)驗(yàn)信息處理新方法

學(xué)生在本學(xué)期數(shù)學(xué)學(xué)科中剛學(xué)習(xí)過軸對(duì)稱圖形，知道如何從數(shù)學(xué)角度判斷兩物體是否關(guān)于某對(duì)稱軸對(duì)稱，也知道如何利用對(duì)稱剪出軸對(duì)稱的圖形。故教師由問題“若沒有刻度尺，要如何比較像與物到平面鏡的距離？”出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)、剪紙等角度展開討論，尋找新的比較方法。有學(xué)生想到：將記錄實(shí)驗(yàn)痕跡的白紙沿平面鏡所在位置的標(biāo)記對(duì)折，然后用筆尖將研究對(duì)象的位置標(biāo)記點(diǎn)依次戳破，最后打開白紙觀察其像的位置標(biāo)記點(diǎn)是否也被戳破。若被戳破，則像與物到平面鏡的距離相等;若沒有，則不相等。學(xué)生用這種方法嘗試后，大部分能得出結(jié)論“等距”。

（三）從“問題”信息評(píng)估實(shí)驗(yàn)“問題”

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中雖然會(huì)遇到各種各樣的問題，但對(duì)問題本身卻不夠敏感。如果直接提問學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到什么問題，學(xué)生可能一下子無從下手。比如由于平面鏡在擺放時(shí)沒有與桌面垂直，導(dǎo)致找像物體無法與像完全重合。盡管如此，很多學(xué)生仍會(huì)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)兩者差不多已經(jīng)完全重合，定位出錯(cuò)直接影響像到平面鏡的距離出錯(cuò)。因此，在評(píng)估時(shí)可直接從顯性的“問題”信息切入，讓學(xué)生分析“問題”信息（像與物到鏡面的距離不相等）出現(xiàn)的原因，增強(qiáng)分析的目的性，增加分析的廣度。最后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)問題的分析是否合理，討論改進(jìn)方法。

四、 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，“問題與猜想”是以同一個(gè)情境的不同層次進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在真實(shí)的情境體驗(yàn)中發(fā)展觀察與推理能力?！霸O(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)”是以一系列任務(wù)為導(dǎo)向，學(xué)生通過“試誤”理解實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)并在不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的過程中發(fā)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作能力?！罢撟C與評(píng)估”是先初步分析實(shí)驗(yàn)收集到的信息并以“證據(jù)”+“結(jié)論”的方式進(jìn)行總結(jié)，后深入分析“問題”信息產(chǎn)生的原因并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行評(píng)估，發(fā)展分析與總結(jié)能力。教師發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力的方法有很多，只要適合自己的學(xué)生就是合適的方法。當(dāng)然，在實(shí)際教學(xué)過程中，效果與設(shè)想可能會(huì)有一定的差距，但只要學(xué)生的某個(gè)關(guān)鍵能力能夠有些許發(fā)展，相信積少成多，量變終會(huì)質(zhì)變。

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