摘 要：開展校本化的拓展課程有利于完善學(xué)生的知識體系，發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力.教師根據(jù)學(xué)生特點，采用項目式的教學(xué)方式，能夠給予學(xué)生個性化的指導(dǎo)，在培養(yǎng)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)之上，讓學(xué)生的思維更有深度，學(xué)習(xí)的視野更加寬廣.本文以物理拓展課程“光學(xué)與應(yīng)用”的教學(xué)為例，闡述通過各種靈活的項目設(shè)計來培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)素養(yǎng)的方法與路徑.

關(guān)鍵詞：項目學(xué)習(xí);光學(xué)與應(yīng)用;拓展課程

文章編號：1008-4134（2020）12-0015中圖分類號：G6337文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：朱紅（1972-），男，江蘇江陰人，碩士，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)工作及中考試題研究.

學(xué)生在初中物理學(xué)習(xí)中的常見困難包括對日常生活經(jīng)驗的缺失以及缺乏將所學(xué)知識與生活應(yīng)用聯(lián)系起來的能力，而作為國家課程的有益補充，校本化的拓展課程能夠滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，因此在初中階段開展系列物理拓展課程就顯得尤為重要.教師通過精心設(shè)計項目活動，使學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中深度體驗物理學(xué)習(xí)的方式方法，感受物理觀念的發(fā)生過程，在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時，完善知識體系，拓展學(xué)習(xí)視野，以形成有利于學(xué)生個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需的必備品格和關(guān)鍵能力.

本文以初中“光學(xué)與應(yīng)用”的拓展教學(xué)實踐為例，探討在拓展課程中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的思路和具體方法（流程如圖1所示）.

1 情境引入，確立項目主題

項目活動1 抬頭顯示器的原理探討

情境：在現(xiàn)實生活中，駕駛員由于在駕車時低頭觀察汽車儀表，往往會忽略路況，造成交通事故.為此汽車廠商開發(fā)出一種抬頭顯示器：汽車儀表安裝在駕駛臺上，顯示面水平朝上，駕駛員可以做到不低頭、不轉(zhuǎn)頭就能借助透明風(fēng)擋玻璃看到豎直的儀表顯示的像（如圖2所示）.如果你是汽車設(shè)計師，為了實現(xiàn)這一要求，風(fēng)擋玻璃應(yīng)該如何放置？

討論與分析：汽車前風(fēng)擋玻璃近似于平面鏡，由于汽車儀表水平放置，要讓汽車儀表與所成的像垂直，解決方案是讓風(fēng)擋玻璃與水平面的夾角接近45°.教師對學(xué)生的合理想法給予積極評價，并板書本次物理拓展課的主題：光學(xué)與應(yīng)用.

評價與反思：學(xué)生對所學(xué)材料產(chǎn)生濃厚興趣后，可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力.高效的教學(xué)活動應(yīng)從精彩的引入開始.活動伊始，教師為學(xué)生提供了一個來源于生活的問題，給學(xué)生耳目一新之感，學(xué)生提出了有創(chuàng)意的思路，既復(fù)習(xí)了平面鏡成像的知識，又激發(fā)了興趣，產(chǎn)生了主動學(xué)習(xí)的積極愿望.學(xué)生從中體會到學(xué)以致用的樂趣，深刻認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)給人類社會發(fā)展帶來的進(jìn)步，樹立正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

2 動手操作，體驗與感悟物理觀念的形成過程

項目活動2 水膜透鏡的制作與應(yīng)用

2.1 制作水膜透鏡

準(zhǔn)備一根玻璃棒，將鐵絲緊密纏繞在棒上，制成一個內(nèi)徑約4mm的圓環(huán)（如圖3所示），將圓環(huán)浸沒在清水中后馬上取出，圓環(huán)內(nèi)會形成一層水膜.

2.2 觀察水膜透鏡

將水膜透鏡貼近課本上的字，透過水膜透鏡觀察字的大小.輕輕甩去一點水膜中的水，注意保持水膜完好，再用水膜透鏡貼近課本上的字，再次透過水膜透鏡觀察字的大小.

教師要求學(xué)生將兩次觀察到的現(xiàn)象分別記錄下來，并嘗試進(jìn)行解釋.

2.3 比較水膜透鏡和膠水膜透鏡

將圓環(huán)在膠水中浸一下后取出，圓環(huán)內(nèi)布滿膠水膜.將水膜透鏡和膠水膜透鏡分別貼近課本，且使這兩個透鏡與課本的距離相同，發(fā)現(xiàn)透過膠水膜觀察到的正立的“字”更大一些，要求學(xué)生嘗試解釋其中的原因.

評價與反思：劉炳昇教授說過：“物理小制作可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī);拓寬感知渠道，強(qiáng)化有用信息;突出本質(zhì)因素，促進(jìn)理性升華.”水膜透鏡的制作材料來源于日常生活用品，取材方便，制作簡單，學(xué)生容易成功.學(xué)生通過制作水膜透鏡并進(jìn)行觀察，可以理解透鏡知識在實際生活中的應(yīng)用.學(xué)生通過深度思考，比較通過兩種透鏡所觀察到的實驗現(xiàn)象，能夠感悟到“膠水比清水對光的折射程度更大”，從而自然想到“要制成放大倍數(shù)更大的放大鏡，可以采用對光的折射程度更大的材料”，學(xué)生在活動中加深了對光的折射、透鏡成像等知識的理解，同時在應(yīng)用物理知識過程中，強(qiáng)化了物理觀念，并內(nèi)化為解決實際問題的實踐能力.

3 經(jīng)歷實驗，培養(yǎng)探究能力

項目活動3 全反射的應(yīng)用：光導(dǎo)纖維

3.1 認(rèn)識全反射現(xiàn)象

（1）提出問題：光從水中斜射入空氣中時，在分界面處會同時發(fā)生反射和折射.不斷增大入射角，若入射角增大到一定程度，想一想會發(fā)生什么現(xiàn)象？

（2）猜想與假設(shè)：當(dāng)光從水中斜射入空氣中時，折射角隨著入射角的增大而增大，由于折射角大于入射角，折射角會比入射角先達(dá)到90°.若繼續(xù)增大入射角，折射光可能看不到.

（3）設(shè)計實驗并進(jìn)行實驗：學(xué)生利用實驗器材，將激光筆射出的光束從水中斜射入空氣中，不斷增大入射角，觀察所看到的現(xiàn)象（如圖4所示）.

（4）分析論證：光從水中斜射入空氣中時，當(dāng)入射角增大到一定程度時，反射現(xiàn)象能夠存在而折射現(xiàn)象消失.

引出全反射概念：光從折光能力較強(qiáng)的介質(zhì)進(jìn)入到折光能力較弱的介質(zhì)時，當(dāng)入射角大于某一角度（臨界角）時，觀察到折射光線消失的現(xiàn)象.

3.2 演示實驗：會拐彎的光

展示自制的教具：將一直徑約1cm的吸管剪成3cm長，用剪刀在靠近大號可樂瓶底部處開一個小孔，小孔的大小與吸管粗細(xì)差不多相同，將吸管插入小孔中并露出約2cm長（吸管水平放置），吸管和可樂瓶用膠水粘牢.

將可樂瓶裝滿水，擰緊蓋子.將綠光激光筆用鐵架臺固定好放在小孔的另一側(cè)并正對小孔，調(diào)整好角度，手按下激光筆開關(guān)，使激光能夠透過可樂瓶穿過吸管，在教室的白墻上可以看到光斑.擰開可樂瓶蓋，水從小孔流出，發(fā)現(xiàn)墻上的光斑消失了，同時水流變綠了，光線沿著水流傳播.隨著可樂瓶中的水逐漸變少，水流中的光線隨著水流不斷移動（如圖5所示）.

讓一學(xué)生走上臺，把手?jǐn)傞_放在吸管前下方，使水流到學(xué)生的手心，可以發(fā)現(xiàn)手心里有光斑.教師用手機(jī)將學(xué)生手心里的光斑拍下來，用希沃授課助手軟件將照片傳至電腦，再投影出來（如圖6所示）.

課堂內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)氣氛高漲，教師因勢利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生分析流水中光線彎曲的原因：水流中的激光在水與空氣的交界面處不斷地發(fā)生全反射，從而使得光線不斷拐彎前行.

3.3 全反射的應(yīng)用：光導(dǎo)纖維

把某種介質(zhì)做成細(xì)絲，使光以一定角度從細(xì)絲的一端射入，光就可以在細(xì)絲中不斷地發(fā)生全反射前行，最終從細(xì)絲的另一端射出，光導(dǎo)纖維就是根據(jù)這一原理制成的（如圖7所示）.將光導(dǎo)纖維制成光纜，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信.醫(yī)學(xué)上用光導(dǎo)纖維制造出用來觀察人體內(nèi)臟的內(nèi)窺鏡，如胃鏡.

反思與評價：課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“通過科學(xué)探究，使學(xué)生經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展初步的科學(xué)探究能力，形成尊重事實、探索真理的科學(xué)態(tài)度.”在物理教學(xué)中突出探究活動，可以有效保持學(xué)生的好奇心，激發(fā)他們的求知欲，使學(xué)生體驗科學(xué)研究的樂趣，領(lǐng)悟科學(xué)的思想與精神.在本活動中，學(xué)生先通過探究活動接觸到全反射現(xiàn)象，再通過觀察實驗進(jìn)行鞏固，在頭腦中建立了豐富的感性認(rèn)識，然后學(xué)習(xí)全反射在實際中的應(yīng)用（光導(dǎo)纖維），整個活動過程環(huán)環(huán)相扣，思維難度層層遞進(jìn)，思維的火花在學(xué)生中反復(fù)碰撞，學(xué)習(xí)的潛能得到了相應(yīng)發(fā)展.最后階段教師向?qū)W生介紹光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)、通信等方面的應(yīng)用，有利于學(xué)生關(guān)注科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展，符合課程標(biāo)準(zhǔn)所提倡的“關(guān)注科技發(fā)展的動態(tài)，關(guān)注技術(shù)應(yīng)用帶來的社會進(jìn)步和問題，樹立正確的科學(xué)觀”的要求，這對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)具有重要的作用.

在演示實驗中，全班學(xué)生觀察手心里的光斑比較困難，傳統(tǒng)方法是利用實物展示臺，但操作不方便，其實用智能手機(jī)可以方便地解決這一困難.方法是：首先分別在電腦和智能手機(jī)中安裝好希沃授課助手軟件，并確保電腦和智能手機(jī)在同一無線局域網(wǎng)內(nèi)（若不能使電腦和智能手機(jī)在同一無線局域網(wǎng)內(nèi)，可以使用希沃軟件中的熱點功能）.再用手機(jī)版希沃軟件掃描電腦版希沃軟件中的二維碼，依次點擊“屏幕同步”“手機(jī)屏幕同步”，完成手機(jī)端與電腦端的連接，就可以方便地把智能手機(jī)中所拍攝的照片傳到電腦中投影出來.

4 通過趣味實驗，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維

項目活動4 “消失的小貓咪”

每組分發(fā)一個照相館里裝二寸照片的白色透明小塑料袋，用黑色油性筆在一張小紙片上畫上可愛的小貓咪圖，將小紙片放入小塑料袋，再用記號筆在塑料袋外表面畫一個比小貓咪圖大的黑框.在燒杯中裝適量的水，將塑料袋浸入水中，注意不要讓水進(jìn)入塑料袋內(nèi)（如圖8所示）.人眼在水面上方看水中的塑料袋，發(fā)現(xiàn)只能看到黑框，黑框里的小貓咪圖“消失”了.

理論分析與建模：人眼之所以能看到一個本身不發(fā)光的物體，是由于物體表面反射的光射入人眼.如圖9甲所示，設(shè)點S1為塑料袋表面黑框上的點，來自點S1的光從水中斜射入空氣，入射角∠1較小且小于臨界角，因此在水和空氣的分界面處不會發(fā)生全反射，折射光可以射入人眼，因此人眼就能看到水中塑料袋表面的黑框.如圖9乙所示，設(shè)點S2為小貓咪圖上的點，袋內(nèi)紙片周圍存在空氣，來自點S2的光先由空氣斜射入水中，折射角∠3小于入射角∠2，折射光線向法線偏折.射到水中的光再向空氣中斜射時，入射角∠4較大，∠4≥臨界角，發(fā)生全反射，光全部反射進(jìn)入水中，因此人眼就不能看到水中塑料袋內(nèi)的小貓咪圖.

反思與評價：趣味物理實驗操作簡單、趣味性強(qiáng)，能夠活躍學(xué)習(xí)氣氛，增強(qiáng)學(xué)生的活動體驗.在“消失的小貓咪”實驗中，學(xué)生從水面上方觀察水中的塑料袋，會看到奇妙的現(xiàn)象：“只見框不見貓”，學(xué)生感到意外.意外中蘊含著教學(xué)良機(jī)，教師因勢利導(dǎo)，化意外為契機(jī)，運用全反射、光的折射等知識深刻剖析其中所蘊含的物理道理，可以達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的，學(xué)生的科學(xué)思維能力也得到有效提升.

將項目學(xué)習(xí)策略應(yīng)用到物理拓展教學(xué)中，可以提高學(xué)生參與的熱情，拓寬學(xué)生的視野，促進(jìn)學(xué)生的思維向獨特性、靈活性和深刻性等方面發(fā)展.學(xué)生在活動中增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的主動性與實踐性，自身學(xué)科素養(yǎng)也得到了全面發(fā)展.

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（收稿日期：2020-03-22）