謝金哲 戴瑞 賈艷

摘 要：物理觀念是物理學(xué)的核心，然后才是概念、方法、理論.宏觀的物理觀念建構(gòu)，僅僅靠滲透是不夠的，需要適度的顯性化.觀察、操作、思考、研究、實(shí)踐等是物理觀念培養(yǎng)內(nèi)化的重要方式.為了幫助學(xué)生建構(gòu)物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，以“光的偏振”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以液晶顯示屏中光的偏振現(xiàn)象“魔法式”在課堂的呈現(xiàn)為切入點(diǎn)，探尋亮暗變換的現(xiàn)象為核心活動(dòng)，借助靈活追問指向?qū)W生物理觀念的建構(gòu).引導(dǎo)學(xué)生以知識(shí)為基礎(chǔ)，在思維、情感和價(jià)值體驗(yàn)的協(xié)同參與下建構(gòu)物理觀念.

關(guān)鍵詞：物理觀念;光的偏振;物理教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）03-0042-04

基金項(xiàng)目： 2018年度吉林省本科高等教育教學(xué)改革立項(xiàng)課題;2020高等學(xué)校教學(xué)研究項(xiàng)目（DJZW202004db）;2020年度東北師范大學(xué)物理學(xué)院教學(xué)改革培育項(xiàng)目.

作者簡(jiǎn)介：謝金哲（1996-），女，黑龍江七臺(tái)河人，碩士研究生，研究方向：課程與教學(xué)論（物理）;

戴瑞（1976-），女，吉林松原人，博士，副教授，研究方向：物理教育;

賈艷（1974-），女，遼寧本溪人，博士，副教授，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究.

我國(guó)頒布的2017年版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素，具體包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.對(duì)于“物理觀念”的界定是：物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí);是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ).物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素[1].據(jù)此，教師的教學(xué)能力以及觀念等均需隨之改變，如何架構(gòu)一個(gè)有密度、有梯度、有深度的教學(xué)設(shè)計(jì)，以建構(gòu)學(xué)生物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生從物理學(xué)的視角正確描述和解釋自然現(xiàn)象，運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題，有效指導(dǎo)工作和生活實(shí)踐，便成了現(xiàn)今物理教師的首要現(xiàn)實(shí)問題.

“光的偏振”一節(jié)的教學(xué)，學(xué)生在異于日?，F(xiàn)象的視覺沖擊下，便會(huì)萌生出強(qiáng)烈的求知欲望，進(jìn)而問題驅(qū)動(dòng)思考，提出合理猜想與假設(shè)，同時(shí)在教師的引導(dǎo)下通過(guò)不同的方法和手段來(lái)分析處理已知信息，分析顯示結(jié)果和變化趨勢(shì)，最終在主動(dòng)學(xué)習(xí)的前提下學(xué)生能夠準(zhǔn)確地評(píng)估和反思結(jié)果.

1 教學(xué)目標(biāo)的確定

結(jié)合新課標(biāo)中對(duì)物理核心素養(yǎng)的描述，教學(xué)目標(biāo)的確定要從實(shí)際生活出發(fā)，遵循科學(xué)性、階段性和靈活性等原則，同時(shí)需具有較強(qiáng)的可操作性.教師要依據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)，在理解物理學(xué)科知識(shí)和教學(xué)知識(shí)及具體學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，結(jié)合外部實(shí)際教學(xué)環(huán)境，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和自身發(fā)展需求，施加引導(dǎo)，以設(shè)計(jì)問題為途徑、以培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)為指向，確定教學(xué)目標(biāo).

1.1 課標(biāo)分析

按照新課標(biāo)對(duì)物理觀念的界定，我們可以看出形成物理觀念的基礎(chǔ)是物理概念和規(guī)律，因而“物理觀念”的建構(gòu)，要對(duì)物理概念、規(guī)律進(jìn)行深度理解和確切把持，并適時(shí)加以提升.

“光的偏振”是新課標(biāo)選擇性必修1模塊第三主題“光及其應(yīng)用”的內(nèi)容，其基本內(nèi)容要求是：“觀察光的偏振現(xiàn)象，了解偏振現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道光的偏振在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，知道光是橫波”.活動(dòng)建議是：“通過(guò)調(diào)查研究，收集光的偏振現(xiàn)象應(yīng)用的實(shí)例.觀看3D電影，查閱資料，了解3D電影的原理[1]”.

1.2 教材分析

“光的偏振”的教學(xué)內(nèi)容選自人教版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理（選擇性必修1）》第四章第六節(jié).光的偏振位于“光及其應(yīng)用”這一章的最后一節(jié)，在學(xué)習(xí)這節(jié)知識(shí)之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了光的折射、全反射、干涉及衍射等光學(xué)知識(shí).光的偏振現(xiàn)象與科學(xué)發(fā)展、技術(shù)手段以及現(xiàn)代社會(huì)的緊密聯(lián)系，體現(xiàn)了新課程內(nèi)容的時(shí)代性和選擇性.

1.3 學(xué)情分析

通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，在知識(shí)層面學(xué)生已對(duì)“光”有了較為充分的認(rèn)識(shí).在科學(xué)探究層面，學(xué)生對(duì)光現(xiàn)象具備了一定的觀察、類比和分析推理能力.除此之外，學(xué)生在日常生活中接觸過(guò)光的偏振現(xiàn)象，具有豐富的實(shí)踐感性認(rèn)識(shí)，有利于在原有認(rèn)知基礎(chǔ)上建構(gòu)物理觀念.但對(duì)于光的偏振知識(shí)仍是比較陌生的，缺少系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知.例如，液晶顯示屏在學(xué)生的實(shí)踐生活中隨處可見，致使去掉偏振片的液晶顯示屏呈現(xiàn)出的差異現(xiàn)象會(huì)極大地激起學(xué)生對(duì)本節(jié)課物理知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，新奇于物理學(xué)習(xí)與生活現(xiàn)象的緊密結(jié)合，更有益于引導(dǎo)學(xué)生以“物理觀念”審視萬(wàn)物，以“科學(xué)思維”明辨原理，以“科學(xué)探究”挖掘真知，以“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”豐富認(rèn)知，進(jìn)而借助嵌入式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

1.4 教學(xué)目標(biāo)

確定基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)與確定知識(shí)教學(xué)目標(biāo)有一定差異，知識(shí)教學(xué)目標(biāo)往往是明確的，核心素養(yǎng)的其他部分教學(xué)目標(biāo)往往與學(xué)習(xí)資源、學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)形式等相關(guān)，教學(xué)目標(biāo)的確定與教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)之間應(yīng)存在“互動(dòng)”[2].在涉及物理概念、規(guī)律的教學(xué)時(shí)，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定應(yīng)在符合學(xué)生“認(rèn)知過(guò)程”的同時(shí)具有超距性，以更好地建構(gòu)物理觀念，培養(yǎng)物理學(xué)科的核心素養(yǎng).

（1）能清晰系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)自然光、偏振光，能夠抽象概括出兩者的物理概念（物理觀念、科學(xué)思維）.

（2）能在光的偏振的實(shí)驗(yàn)探究中合理利用實(shí)驗(yàn)儀器，并能根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行分析，能用專業(yè)術(shù)語(yǔ)總結(jié)結(jié)論（物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究）.

（3）對(duì)變換的物理現(xiàn)象提出質(zhì)疑，采用多種角度分析物理問題（物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）.

（4）能根據(jù)生活中與光的偏振有關(guān)的現(xiàn)象提出可探究的物理問題，并能加以解決（物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）.

（5）能將物理知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系，初步認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)對(duì)人類生活的影響，具有創(chuàng)造人類美好明天的責(zé)任感（物理觀念、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）.

（6）在光的偏振實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)探究科學(xué)知識(shí)的興趣和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成良好的與他人合作的習(xí)慣（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）.

2 教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)

就如同物理思維一樣，物理觀念是遷移性最強(qiáng)的心理品質(zhì)，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的教學(xué)目標(biāo)，從學(xué)生已有的認(rèn)知水平出發(fā)，結(jié)合學(xué)生生活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，層層遞進(jìn)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生掌握有意義的知識(shí)，在指向具體問題解決的過(guò)程中體現(xiàn)其價(jià)值.在具有相應(yīng)的意識(shí)和能力情況下，才能夠精準(zhǔn)地以物理觀念來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐.

2.1 呈現(xiàn)日常事物之異常，激發(fā)學(xué)生求知的欲望

教學(xué)環(huán)節(jié)1：首先教師打開“特殊的電腦液晶顯示器”，顯示器屏幕呈現(xiàn)為亮白色（如圖1a），而后將顯示器前方的偏振片還原，呈現(xiàn)出“豬小屁”動(dòng)畫畫面（如圖1b）.讓學(xué)生在有無(wú)偏振片比較情況下觀察現(xiàn)象，體會(huì)物理在生活中的奇妙應(yīng)用.而后教師提出問題：“這張薄片是什么呢？為什么薄片放在液晶顯示屏前豬小屁就會(huì)出現(xiàn)呢？這其中的秘密究竟是什么？”從而引出本節(jié)課的題目——光的偏振.

設(shè)計(jì)意圖：倘若學(xué)生對(duì)運(yùn)用物理知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐產(chǎn)生了興趣，自然逐漸就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的意識(shí)和能力.教師通過(guò)“魔法式”的呈現(xiàn)方式，動(dòng)態(tài)地向?qū)W生展示了電腦液晶顯示屏有無(wú)偏振片的差異——有偏振片可以看到圖像，沒有偏振片看不到圖像，“魔法式”的變換效果激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，在學(xué)生了解液晶顯示屏與光的偏振相關(guān)聯(lián)的過(guò)程中親身體驗(yàn)，打破原有認(rèn)知.每個(gè)學(xué)生在認(rèn)知過(guò)程中都會(huì)構(gòu)成千差萬(wàn)別的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，物理觀念的培養(yǎng)正是打破原有認(rèn)知狀態(tài)，加強(qiáng)學(xué)生從物理思維的角度思考生活實(shí)踐問題[3].形成具有科學(xué)性和邏輯性的思維體系，有利于促進(jìn)學(xué)生物理觀念的建構(gòu)，進(jìn)一步推動(dòng)了科學(xué)思維的培育.

2.2 聚焦學(xué)生深度學(xué)習(xí)，詳細(xì)講解物理概念

教學(xué)環(huán)節(jié)2：學(xué)生利用教師分發(fā)的偏振片，根據(jù)教師引導(dǎo)，自主觀察現(xiàn)象，同時(shí)結(jié)合學(xué)生的觀察現(xiàn)象，教師給出偏振片及其透振方向的定義，同時(shí)指出偏振片是由特殊材質(zhì)制成的，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)普通光源發(fā)出的光及通過(guò)偏振片的光的特點(diǎn)，隨后根據(jù)實(shí)例為學(xué)生呈現(xiàn)自然光及偏振光的物理概念（如圖2）.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生獨(dú)立觀察得到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引起同學(xué)們思考薄片的特殊之處，培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、敢于提問的好習(xí)慣.同時(shí)學(xué)生在這一階段經(jīng)歷了“觀察—抽象—比較—概括”的過(guò)程，在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上習(xí)得新知識(shí).對(duì)物理觀念的培養(yǎng)有著疊加性的效果，在滲透的基礎(chǔ)上逐步顯性化，強(qiáng)調(diào)在理解和掌握物理概念和規(guī)律的過(guò)程中，關(guān)注問題的學(xué)習(xí)歷程，了解物理學(xué)在研究自然現(xiàn)象的過(guò)程中形成了什么觀念，又是如何演進(jìn)成為今天的物理觀念.

2.3 巧用“問題串”，誘發(fā)學(xué)生思考

教學(xué)環(huán)節(jié)3：光的偏振現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因是本節(jié)的一個(gè)重點(diǎn)，教師利用自制實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)的難度梯度，設(shè)計(jì)了具有遞進(jìn)性的引導(dǎo)式問題串，利用問題串引導(dǎo)學(xué)生思考和分組討論，結(jié)合PPT課件學(xué)習(xí)光的偏振現(xiàn)象產(chǎn)生的原因.進(jìn)一步巧改演示用具，升級(jí)成帶有“物理”字樣的偏振片，并開展基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生以小組合作方式完成制作，從光的偏振產(chǎn)生原因的角度分析“物理”字樣亮暗變換的原因，再結(jié)合機(jī)械波的學(xué)習(xí)得出光是一種橫波.

問題1：教師詢問：想不想知道偏振光通過(guò)偏振片后會(huì)產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象？

問題2：旋轉(zhuǎn)第二個(gè)偏振片，觀察透射光亮暗的變化.

問題3：再次旋轉(zhuǎn)第二個(gè)偏振片，觀察第二個(gè)偏振片旋轉(zhuǎn)到哪個(gè)角度時(shí)透射光最亮或最暗？

問題4：更換“物理”字樣偏振片后，觀察現(xiàn)象，布置任務(wù)：分析原理，利用手中材料進(jìn)行制作.

問題5：利用完成的作品，展示現(xiàn)象并解釋兩者產(chǎn)生明顯對(duì)比性反差的原因.

設(shè)計(jì)意圖：教學(xué)活動(dòng)應(yīng)具有矢量性，課堂問題設(shè)計(jì)可視為教學(xué)設(shè)計(jì)的靈魂，教師根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，圍繞固定主題設(shè)計(jì)具有邏輯性、推動(dòng)型、逐步深入的“問題串”，能夠督促學(xué)生深入思考，由表及里地分析光的偏振現(xiàn)象.問題1抓住了學(xué)生“好奇”的心理特征，能夠達(dá)成學(xué)生認(rèn)真觀察顯現(xiàn)這一顯著效果;問題2和3逐步深入，借助教具學(xué)生不難得出“在轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器過(guò)程中光強(qiáng)發(fā)生了明暗變化，當(dāng)兩偏振片透振方向平行時(shí)光強(qiáng)最強(qiáng)、垂直時(shí)完全沒有光透過(guò)（如圖3）”這一結(jié)論，此時(shí)正確結(jié)論的得出也為學(xué)生增添了繼續(xù)探究的動(dòng)力;升級(jí)實(shí)驗(yàn)后，問題4和5以科學(xué)探究的形式，能夠讓學(xué)生基于項(xiàng)目自主動(dòng)手探究，在操作中發(fā)現(xiàn)、討論、解決問題，同時(shí)分組合作的形式有助于培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識(shí).通過(guò)遞進(jìn)式的問題層層深入，逐漸攻克學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生的思維深度延伸，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理學(xué)科核心素養(yǎng).

2.4 揭秘“魔法”之源，科學(xué)知識(shí)與實(shí)踐鑲嵌

教學(xué)環(huán)節(jié)4：教師利用生活中常見事物：手上的電子表，介紹電子表等物品中液晶顯示屏的工作原理，結(jié)合PPT演示光在顯示屏中的傳播過(guò)程，簡(jiǎn)要介紹液晶的特性，幫助學(xué)生理解光的偏振在顯示屏中的應(yīng)用：“在電荷的作用下，晶體分子整齊排列，于是光能夠在通過(guò)第一個(gè)偏振片后毫無(wú)變化地通過(guò)液晶盒，直到被第二個(gè)透振方向垂直的偏振片所擋住，于是我們看到屏幕上呈現(xiàn)出的黑色圖案（圖4a）.如果沒有電荷作用，晶體便處于自然放松狀態(tài)，會(huì)使通過(guò)液晶盒的光發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這樣光線便能夠順利地通過(guò)第二個(gè)透振方向垂直的偏振片了，在屏幕上呈現(xiàn)白色（圖4b）.”由簡(jiǎn)單的電子表顯示屏亮暗的講解過(guò)渡到揭示上課之初的“魔法”：“因?yàn)樯洗卫蠋煹碾娔X發(fā)生了些小故障，在修電腦屏幕時(shí)老師忘記把顯示屏前方的偏振片放回去了，因此將顯示器打開時(shí)，背光總是亮著的，光通過(guò)顯示屏后的第一個(gè)偏振片進(jìn)入液晶盒后呈現(xiàn)在屏幕上，也就是同學(xué)們觀察到的顯示屏全白現(xiàn)象，就看

不到可愛的豬小屁了，當(dāng)我們將顯示屏上的偏振片還原回去時(shí)，前后兩偏振片垂直，我們便看到了可愛的豬小屁.”

設(shè)計(jì)意圖：教師根據(jù)這個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，指導(dǎo)學(xué)生利用物理知識(shí)解決新課導(dǎo)入的實(shí)際問題，既首尾呼應(yīng)，有始有終，又鍛煉了學(xué)生將生活情境與知識(shí)相關(guān)聯(lián)的能力.進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生以物理觀念審視生活實(shí)際，巧借科學(xué)思維辨析生活問題，善用科學(xué)探究解決實(shí)踐疑惑等的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

2.5 布置課后實(shí)踐任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生科學(xué)探究

教學(xué)環(huán)節(jié)5：在課堂教學(xué)最后，帶3D眼鏡觀看3D電影片斷.布置作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生在課后合作探究3D電影的觀看與播放原理.

設(shè)計(jì)意圖：布置開放性作業(yè)，能夠增加學(xué)生完成的欲望，同時(shí)在課堂知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上安排與生活實(shí)際密切相關(guān)聯(lián)的實(shí)踐作業(yè)，學(xué)生能夠切身體驗(yàn)物理學(xué)與我們的生活實(shí)際并不遙遠(yuǎn)，增強(qiáng)學(xué)生在生活實(shí)際中以物理學(xué)視角正確描述和解釋自然現(xiàn)象的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，最終能夠有效地促進(jìn)物理觀念的建構(gòu)，以指導(dǎo)工作和生活實(shí)踐.

3 總結(jié)與反思

要想使核心素養(yǎng)理念真正落地，就要從課程、教材、教學(xué)、評(píng)價(jià)等多方面進(jìn)行實(shí)踐探索[4].綜合以上實(shí)踐教學(xué)探索，通過(guò)設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，利用日常之物“電腦液晶顯示屏”之異常激趣啟疑，強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者的相互關(guān)聯(lián)，根據(jù)環(huán)環(huán)相扣且具有矢量性的教學(xué)活動(dòng)遞進(jìn)式教學(xué)，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容開放性的特點(diǎn)，總結(jié)科學(xué)認(rèn)知，借助物理情景，升華學(xué)生認(rèn)知，整體非線性的教學(xué)過(guò)程使得教學(xué)效果疊加式呈現(xiàn)，輔助學(xué)生構(gòu)建物理觀念，嵌入式地培養(yǎng)了學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2020-12-05）