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1、基于“原始物理问题”的教学设计-以“透镜”为例周小奋（发表于 物理教师 2014.10）摘 要：初中物理教材由原来以结论的方式呈现物理概念和规律转变为以探究环节为主的教材编写方式，物理书上的习题也多来自于生活生产实际，这些习题保留了物理问题真实的发生情境鉴于此，在教学中开展基于原始物理问题的教学方式，不仅能有效促进思维品质的发展，还能提升学生利用已有知识迁移解决新问题的能力本文以苏科版教材“透镜”一节为例初步探讨了如何基于原始物理问题进行教学设计关键词：原始物理问题 透镜一、原始物理问题理论1.1 原始物理问题界定原始物理问题是指通过对现实世界中的物理现象的观察而产生的对现象背后内在原因的疑问
2、，由于是来自真实生活情境的综合性现象或问题，因此也被称作实际问题或具体问题一个好的原始问题的提出与解决，能够帮助人们解决许多具体的物理认识问题与原始问题对应的是抽象问题，抽象问题是指将原始问题经过合理分解、化简和抽象后形成的问题这类问题往往是为巩固物理概念、规律、原理，或有针对性地检验他人对物理概念、规律、原理的掌握而人为加工编写出来的1.2 原始物理问题与培养思维能力的关系人们认识客观世界，首先是形象思维，而不是抽象思维，就是说，人类思维的发展是从具体到抽象爱因斯坦认为，科学思维的开始和终结主要是直觉思维，只有中间过程是以逻辑思维为主在原始物理问题的解决过程中，既需要逻辑思维，又需要非逻辑思
3、维，需要的是全面的物理思维杨振宁认为，非逻辑思维的训练要靠每个人自己去摸索，具有较强的个性由于传统的习惯，中国的学生喜欢复杂的推演的东西，这对自己、对科学的发展都是不利的，因为它违反了物理学的规律，物理本身是现象而不是推演中国学生缺乏通过定性的思考或半定量的分析先对问题的性质、解的特性作一总体评估的训练，因此，在解决问题时往往头脑中缺乏清晰的物理图像，不能认识问题的物理本质解决原始问题与解决抽象问题，对人的能力的锻炼是不同的，要培养学生解决实际问题的能力，必须借助于原始的实际问题运用原始物理问题促进中学生思维品质发展，主要表现在以下三个方面1. 促进思维深刻性品质的发展学生的思维之所以不断深化
4、，是因为在大脑的认知过程中，原来认知结构的平衡状态被外来的刺激所打破，发生了“同化”或更深刻的“顺应”过程，使认知结构得到充实或变革，从而达到新的水平和新的平衡，只有大脑的认知状态到达非平衡态，思维的深刻性才能表现出来2. 促进思维独创性品质的发展思维的独创性，一般认为是主体对知识经验或思维材料高度概括后集中而系统的迁移，进行新颖的组合分析，找出新的层次和问题交接点概括性越高，知识系统性越强迁移性越灵活，注意力越集中，则独创性越突出3.促进思维灵活性品质的发展原始问题所具有生态性和开放性等特点，决定了其解决过程必然是探索和发现的过程面对客观真实的原始问题，学生很难找到可以直接模仿的题型，需要通
5、过独立思考，不断尝试，对问题的解决提出多种可能的解决方案学生的思维灵活性品质才能真正得到发展二、基于原始物理问题的教学设计-苏科版八年级上透镜2.1教材分析与传统的教科书相比，苏科版透镜没有事先罗列有关透镜的概念，也没有拘泥于有关透镜知识的逻辑体系，而是通过让学生经历两个递进的活动：观察凸透镜和凹透镜-辨别凸透镜和凹透镜（由观察、了解-区别、比较），引导学生通过实际操作、问题解决、交流与合作的环节，学习有关的知识与方法两个活动之后，学生已经充分了解透镜对光线的会聚和发散现象，在此基础上介绍透镜的焦点和焦距2.2教学设计流程图要构建基于原始物理问题的物理课堂，必须把握课标要求，明确教材中每个模块
6、的学习任务，以层层深入的探究活动设计学习任务本节课的教学设计有着一条明确的主线（以下问题是原始物理问题的简称）：产生问题-细化问题-明确问题-解决问题-应用并解决新的问题具体教学流程设计如下：观察：凹面镜、凸透镜引燃火柴疑问：新的光学设备是否与凹面镜对光有相同的作用？实验：通过透镜近看书本上的文字，观察两者的区别应用：判断引火的透镜和装满水的柱形容器各属于什么透镜活动一：基于现象，产生疑问使学生产生原始物理问题活动二：设计归纳，认识透镜设计：展示实验用透镜，学生据此设计各种形状的透镜分类：找出各种设计的相同点和不同点，进行分类应用：根据获得的知识，区分外观类似的两个透镜细化原始物理问题透镜有两
7、种，它们对光的作用是否相同？活动三：实验感知，体验透镜明确原始物理问题通过透镜看到近处的物体大小不同，说明不同透镜对光的作用不同活动四：步步深入，探明真相实验：观察平行光通过透镜折射后的光斑随距离改变而大小变化的现象并画出平行光通过透镜的折射情况实验：通过超声雾化设备演示平行光通过透镜的折射情况实验：利用激光光学演示仪显示通过透镜的三道光束并抽象得出光路图解决原始物理问题得到凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用活动五：拓展应用，提升思维定义：焦点、焦距、光心辨析：(1)根据光斑识别透镜(2)用不同的方法辨别区分眼镜拓展：透镜的应用与危害的防护解决原始物理问题的过程升华为学生对过程与方
8、法的掌握，能创造性的解决新的问题图 22.3教学过程设计说明教学组织上要通过创设丰富的情景或有效的实验增强学生的体验，注重引导学生通过对现象的观察产生原始物理问题，让探究原始物理问题的行为自然发生下面以“透镜”一课为例进行说明突破“透镜”重难点的教学实录案例一：引入（产生和细化原始物理问题）师：多媒体演示凹面镜反射太阳光引燃火柴，问：凹面镜对光线有何作用？生：有会聚作用师：多媒体演示凸透镜折射太阳光引燃火柴，它对阳光有何作用？生：思考（产生原始物理问题）师：展示该透镜，如果你是一个透镜设计师，会设计出什么样的透镜？生：设计展示师：请同学们将所画透镜分类 凸透镜学生思考交流后回答：分为两类凹透镜
9、师：请同学们根据分类知识区分桌面上的两只透镜各属于何种透镜生：实验判断师：它们对光线的作用是否相同？（细化原始物理问题）案例二：体验透镜（明确原始物理问题）师：用凸透镜和凹透镜分别观察近处课本上的字生：观察后回答，凸透镜看到的字是放大的，凹透镜看到的字是缩小的（明确原始物理问题，近看物体时看到物体大小不同，说明不同透镜对光的折射作用不同）师：出示点燃火柴的透镜，观察透镜后的物体（如图2），该透镜是何种透镜？为什么？生：凸透镜，因为透镜后的物体被放大了师：出示两个一样大的鸡蛋，提问：如果一只放入圆柱形盛水容器中，一只在外面，看上去将会怎样？生：猜想师：演示（如图3），请同学们思考，此时的圆柱形盛
10、水容器相当于什么透镜？为什么？生：凸透镜，因为水中的鸡蛋被放大了案例三：探究透镜（解决原始物理问题）图 1图 3图 4图 5师：演示实验，平行光通过凸透镜（凹透镜），用光屏接收光斑，观察到随着光屏远离凸透镜（凹透镜），观察到的光斑先变小后边大（一直变大）请同学们猜想平行光通过透镜时发生了怎样的偏折并尝试将其画出生：画出如图4所示的偏折情况师：同学们的猜想是否正确？可以通过实验验证我们可以通过喷水雾来显示光路（如图5所示，左图表示光柱已经调成平行光，中图在光源前加了一只凸透镜，右图在光源前加了一只凹透镜）生：通过实验现象来判断所画的图是否正确师：如何表示光的传播路径和方向？生：用光线表示师：我们
11、用激光束表示光线重复上述实验（图6），请同学们根据观察到的现象画出光路图生：画光路图师：分析学生的光路图，提问：凸透镜和凹透镜对光线各有何作用？生：凸透镜有会聚作用，凹透镜有发散作用（原始物理问题得以解决）师：指出目前可以画出三类光线折射后的情况（即入射光线平行于主光轴、通过焦点、通过光心）介绍透镜的主光轴、焦点、光心案例4：应用透镜（解决原始物理问题的过程升华为学生对过程与方法的掌握）师：平行光通过虚线框(其中放置一块透镜)后,在白色纸屏上形成一个圆形光斑,该光斑的直径比透镜大,据此能判断虚线框内的透镜是凸透镜还是凹透镜?为了确定虚线框内透镜的类型，你将怎样做? 生：合作研究后回答：不能确定
12、为何种透镜，应使光屏从紧贴透镜开始向后移动，如果观察到光斑先变小后变大，则为凸透镜如果观察到光斑一值变大，则为凹透镜师：近视眼镜和远视眼镜各是什么透镜？如何通过实验加以区分？生：讨论后回答：(1) 触摸：中间厚的为凸透镜，中间薄的为凹透镜(2) 近看：看近处的物体，放大的为凸透镜，缩小的为凹透镜(3) 光照：光路会聚为凸透镜，光路发散为凹透镜图 6图 7师：播放视屏：冰块取火和装水鱼缸引燃窗帘提问，这儿的冰和水相当于什么光学仪器？生：相当于凸透镜，因为他们可以会聚太阳光师：用铁丝绕成圆环，在清水中浸一下后取出，布满圆环的水膜犹如一个透镜，试用简易方法来辨别它是凸透镜还是凹透镜？轻轻甩去少量的水
13、（保持水膜完好），结果又会怎样？生：进行实验后讨论并回答刚取出时，观察课本上的字是放大的，所以相当于凸透镜，轻轻甩去少量水后，观察课本上的字是缩小的，此时相当于凹透镜三、结束语原始物理问题最基本的特征是来源于特定情境的现实世界，对学生来说是首次遇到的问题教师在备课时不仅要知道某一科学问题在整个学科体系中的地位和作用、上位知识与下位知识的联系、新旧知识间的联系，还要知道所学知识与学生生活、经验的联系基于原始物理问题的教学设计还应关注以下三点：1关注科学的发生科学应始于对现象的观察并能产生原始物理问题2关注问题的酝酿教师利用学科教学知识（Pck）给学生设置合理的认识台阶，使学生从现实情境中剥离出完
14、整并适合探究的原始物理问题3关注问题的研究问题的探究应是基于层层推进实验的自主知识建构过程本节课设计思想根据以上三点做了如下的设计：1从凸透镜点火引入设疑：凸透镜和凹面镜都能引火，他们对光的聚散作用是否相同？2学生自己设计透镜，师生一起归纳，将透镜分为两类，这两类透镜对光的作用是否相同？分别用他们近看书上的文字，凸透镜放大、凹透镜缩小显然，这两个透镜对光的作用不同，他们各自对光有何种作用？3问题的探究过程中，设计思想如下：参考文献1 邢红军 刘利促进中学生思维品质的发展研究J课程教材教法，2013， （7 ） 2 邓学明原始物理问题在大学物理中的教学研究与实践J 浙江科技学院学报，2011， （ 12） 3 周小奋 张华探究树荫下的光斑J物理教学，2013， （5 ） 4 谭庆仁 周小奋 “光的折射”教学设计思路及案例J物理通报，2013， （9 ） 通过光斑大小变化猜想光束聚散情况通过超声雾化器产生的水雾观察光束，验证猜想若干细激光束代替一束粗的光束，使学生的思维向着建立光线模型的方向发展画出光路图后，指出主光轴，光心，焦点，焦距应用所学知识解答生活中及新遇到的物理问题
