知识在实践活动中构建 思维在问题求解中进阶

杨涛

摘 要：本文旨在创设故事情境，激活认知需求，唤醒学生已有的经验和知识.开展问题串求解活动，激发学生认知冲突，增强学生实践探究欲望和体验.巧借习题教学，生成错误资源，诱导学生暴露错误前概念，产生对错误认知的批判意识与纠偏意愿，以准确把握科学概念的内涵与外延，发展学生的高阶思维能力.同时，注重问题引领和过程性评价反馈，旨在提升物理课堂教学实效，增强知识学习的情感价值与意义.

关键词：透镜;深度教学;认知需求;认知冲突;认知体验

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）16-0046-04

基金項目： 徐州市教育科学规划办公室立项的个人课题“中学物理实验教学适切性和有效性研究与实践”（项目编号：G202022）.

作者简介：杨涛（1992-），男，江苏盱眙人，本科，中小学二级教师，研究方向：中学物理教学实践优化创新.

从深度学习走向深度教学，以深度教学促进深度学习，是发展学生核心素养的必然选择.深度教学是以发展学生高阶思维为目标，基于整合知识的内在结构，通过对学习过程的深度参与和情感投入，达成对知识完整而深刻的处理，引导学生从符号学习走向学科思想和意义的理解和掌握，并导向学科核心素养与关键能力的教学.它力求克服学生对知识的表层学习、表面学习和表演学习，以及对知识的简单占有和机械训练的局限性.追求学生对知识内涵的深度理解和透彻把握，并能在面对实际问题时实现有效迁移与创新运用，达成个人知识的意义建构、科学思维的提升以及综合能力与内在素养的培育.

下面就以义务教育苏科版物理教材八年级上册第四章第2节“透镜”教学为例，阐述如何在课堂教学中实施深度教学、促进深度学习.

1 创设故事情境，点燃思索热情，引发意义学习

加拿大渥太华大学教育学院的Timothy J.Stanley教授提出：“深度教学需要从学生的已有经验与知识背景出发，建立知识教学与学生文化背景的联系.”

创设故事情境：将一支高强度激光笔、一块遮挡板、一只内藏糖果的黑色薄皮气球，吸附在黑板上，气球位于挡板之后.

教师：嗜甜的黑色气球星人盗走了地球上的“甜蜜因子”，致使人类陷入了闷闷不乐之中.现急需在咱班组建一支善于思考的精英部队，使用这台高强激光炮（仅能转动炮口，不能移动炮台），对躲在高山背后的气球星人，实施精准打击，重新夺回“甜蜜因子”，你想加入吗？

问题1：激光炮目前无法直接命中气球星人的原因是什么？背后隐含着什么光学原理？

设计意图：恰如一位德国学者的妙喻：“将15g盐放在你面前，无论如何你都难以下咽，但如果把这15g盐放入一碗美味可口的汤里，你会不知不觉地在享用佳肴时，将15g盐全部吸收了.”引人入胜的情境之于教育，犹如汤之于盐.基于初中生的身心发展规律及其兴趣所在，创设与其认知水平相适切，且更富认同感的趣味情境，才能真正激发学生的参与热情.置身问题情境中，唤醒学生已有经验和知识.以此为起点，发现新的问题，打破原有认知结构，激活学生内在的认知需求，为新旧知识搭建联系的桥梁，让新知在原知识体系上稳固生长，自然而然地融入学生的认知图式.

给学生三种辅助法器：平面镜、凸透镜、凹透镜，让其思考并尝试借助法器，击中挡板后的气球，获得糖果.

问题2：借助平面镜击中气球星人的光学原理是什么？

问题3：借助另外两件法器，击中气球星人的光学原理又是什么？

设计意图：行为科学研究表明，人具有“需求—动机—行为—满足”的行为规律表现模式.当中学生认知需求被激活，应顺势组织实施能让其更具成就感与获得感体验活动，让学生在自主思考、亲身实践、解决情境问题的过程中，获得精神上的满足，并从改变光路的原理角度，初步认识透镜，感知透镜与平面镜的区别.

2 体验连串活动，达成思维进阶，促进深度学习

深度教学是深度体验性的教学，要注重学生在学习过程中对于各种关系的切身体会、对于自身充沛情感的投入体验以及积极思维过程的感知.

活动1 初步观察，描述特征，构建概念

学生观察、对比在之前情境中所用的透镜，如图1所示，描述它们在外观结构上的特征.培养学生善于观察的习惯，提高概括表述能力.在此基础上，师生协作，初步构建凸透镜和凹透镜概念.教师引导学生观察凹凸两字，巧借汉字字形，有效巩固记忆.

活动2 立足概念，触摸甄别，深入领会

给每位学生提供另外两种在外观上难以直接用肉眼观察区分的透镜，如图2所示.使其基于新构建的透镜概念，作进一步思考，交流讨论，得出除了直接观察外，用手触摸也能辨别透镜的类型.以此加深学生对于透镜概念的认识.

活动3 即练反馈，消除误解，灵活分辨

在活动1、2中所使用的透镜，本质上都属于双凸、双凹型透镜，这容易给部分学生造成一种片面的认识：“凸透镜必须两面皆凸起;凹透镜必须两面皆凹陷”.为了让学生走出思维误区，对透镜的概念形成全面且清晰的认识.给学生提供一组异形透镜，如图3所示，让其加以区分.以便学生可以将透镜概念，由表层机械记忆转入深层理解应用，亦为平时灵活识别日常生活中的特殊透镜的类型做铺垫.

活动4 联系实际，制造困境，想方设法

教师：实际生活中，为保护光学元件，一般严禁用手直接触摸透镜.此时，又该怎样区分图2中的透镜类型？

实验一：通过透镜观察物体.此过程可以充分发挥中学生爱玩的天性，不囿于教材所设的近距离限制.

若被观测物体距透镜较近，通过凸透镜，看到的物体的像是放大的，如图4所示;通过凹透镜，看到物体的像是缩小的，如图5所示.为便于比较，可以给学生分发图示的对比观察纸.

若被观测物体距透镜较远，通过凸透镜，看到的物体的像是倒立的;通过凹透镜，看到物体的像是正立的.

实验二：探究透镜对光的作用.

教师借助投影光，做如图6、图7所示的演示实验，学生根据观察到的现象，初步得出凸透镜对光的会聚作用和凹透镜对光的发散作用.

教师为各组提供烟箱、常规透镜、拉伸变焦式LED强光手电、三线光源和柱形透镜，让学生小组合作研讨，自主选择所需器材，尝试设计多种方案，亲自验证透镜对光的作用，促成知识的深度内化，如图8、图9、图10所示.尝试对上述各种判别透镜类型的方法的优劣做初步评估.在此基础上，完成辨别放大镜、近视眼镜、远视眼镜（老花镜）所用的透镜类型.

设计意图：深度教学强调学习的丰富性、沉浸性和层进性，实现学习的过程价值和实践属性.通过开展一系列問题求解活动，环环相扣、步步深入，不断引发学生认知冲突，激起进一步探究的欲望.同时，教师要合理引导，善于倾听，并能及时在活动进程中，给予学生良性的反馈和评价，以营造宽松的研学环境，促成合作互动的适学模式，让学生在乐于参与、积极实践、主动思考、勇于创造的良好氛围中，逐步达成思维进阶，提升综合能力.

3 刻意布局设陷，暴露错误概念，有效突破难点

在科学概念得以建构之前，受环境的长期作用与影响，学生已经形成大量的经验型认识.但有些经验型认识，存在一定的片面性，不足以反映事物的本质规律，甚至还有可能存在科学性错误，成为隐藏在学生思维深处的顽固前概念，对科学概念的构建产生负迁移.因此，为了让学生暴露错误的前概念，主动破除“会聚光束即会聚作用，发散光束即发散作用”等难以撼动的错误执念，如图11所示，首先为学生设置甲、乙两道典型习题，以引发内省.

问：基于对会聚和发散作用的认识，你认为在图11甲、乙的矩形框中，应各自放入哪种透镜？

教师：请使用手边器材，对你的判断加以验证.

子曰：“不愤不启，不悱不发.”在学生发现错误认识，产生要重新修正认知的意愿后，教师针对图11习题，并再现“小组合作自主实验2”中出现的一些光路图，启发引导，学生总结归纳得出：对会聚或发散作用的判定，并不取决于折射光束的类型，而取决于折射光线与对应的入射光线的比较.若折射光线比入射光线更加靠近主光轴，则为会聚作用;若折射光线比入射光线更加远离主光轴，则为发散作用.即：光路总是向着透镜厚的部分偏折.

学生再自主阅读课本中“会聚和发散的奥秘”部分，借已知来理解未知，揭开凸透镜的会聚作用以及凹透镜的发散作用的奥秘.

设计意图：学生的认知建构过程，是一种不断克服“迷思概念”，逐步同化、顺应，再达成新平衡的复杂过程.同时，学习也是经验的逐步积累、经由反思而提升能力的过程，学生深度学习的达成必须经历反思性学习以及批判思维能力的发展.因此，教师应巧思妙设，合理“布局设陷”，让学生看清思维中的“迷思概念”，主动暴露出错误的“前概念”，引发认知冲突，激起更为强烈的“欲探求事物本质属性与科学规律”的认知内驱力，助力科学思维往深度和广度发展，完成对错误前概念的自主纠偏和对科学概念的深度构建，有效突破教与学的难点.

4 突出学生主体，培养迁移能力，倡导学以致用

学生深度学习的真正发生，需要建立在教师深度教学与有效引导之上.而深度教学强调在知识处理过程中，要对知识的形式理解进入意义理解的深度.这就要求教师在教学实施过程中，突出学生主体地位的同时，更要发挥好自身的主导作用，立足知识深层次理解和有效处理，来引导学生实现深度学习.

学生自学课本“焦点与焦距”的相关内容.随后，教师请学生代表上台，以小教师的身份，用演示器材，示范找出柱形凸透镜的焦点，并测出其焦距，如图12所示.随后，教师补充演示，当平行光未平行于凸透镜主光轴入射时，折射光线也有可能交于一点的情况，如图13所示.但该点并非焦点，从而强化学生对于焦点的正确认识.

问题1：参考上述实验，并唤醒学生儿时玩放大镜的经验，进一步思考，如何利用太阳光，测量手持式凸透镜的焦距？

搭建以上两个实验作为思维的脚手架，学生才能领悟：“正对着”凸透镜的目的，是要让太阳光平行于凸透镜的主光轴;“最小最亮”的光斑的位置，即为焦点的位置.

问题2：观察图12所示的三条入射光线，有何共同特征？观察图12所示的三条折射光线，又有何共同特征？

问题3：若一束光恰好通过焦点入射，经凸透镜折射以后，将会怎样出射？请用实验验证你的猜想.

问题4：你能否用已经学过的光学原理，对如图14所示的现象做出合理的解释？

问题5：若再有一只点光源，你能否设法获得平行光？如何操作？进而思考，前后拉伸LED强光手电灯头的目的是什么？

问题6：再观察图14所示的情景，你又有什么新的发现？

师生总结归纳凸透镜的三条特殊光线.在此基础上，教师适当点拨，学生再结合课本图片，对凹透镜进行探究和验证，难度将大为减小.

设计意图：由自主学习指导亲身实践，用亲身实践检验自主学习.以更好地将知识整合、内化，并有效迁移至新情境中.与此同时，教师要注重多使用生活化的实际问题，对学生的学习效果和思维动态进行实时的跟踪反馈.既落实了学以致用的理念，也为教师的教学反思指明了方向，更加强物理与生产生活的联系.

5 结语

本节课以深度教学与深度学习的相关理念为指导，通过创设趣味故事情境，建立起有意义学习的起点;让学生满怀求知的愿望，经历问题求解过程，从光学原理角度，初识透镜;通过开发一系列实验资源，并

设计问题链思维载体，帮助学生在充分体验、合作交流、自主探究、展示评估的基础上，深探透镜，达成对科学概念和自然规律的深度构建，实现知识的有效迁移与创新运用;同时，巧借经典习题，引发学生认知冲突，生成教学资源，揭示学生的错误前概念，培养其批判性思维;并在整个教学过程中，适时渗透表现性评价，丰富学生知识学习的情感获得.实践表明，整节课学生的研学兴趣浓厚，对实践活动的参与度高，思维活跃的程度以及思维展开的深度明显高于平常，而且能够切实感受到学生的愉悦与满足，深度教学的效果显著.

参考文献：

[1]刘炳昇，李容.物理（八年级下册）[M].南京：江苏科学技术出版社，2012.

[2]苏科版物理教材编写组.义务教育教科书物理（八年级上册）教师教学用书[M].南京：江苏科学技术出版社，2012.

[3]郭元祥.论深度教学：源起、基础与理念[J].教育研究与实验，2017（03）：1-11.

[4]伍远岳.论深度教学：内涵、特征与标准[J].教育研究与实验，2017（04）：58-65.

[5]杨涛.以活动串丰富体验 以问题链引领思维——以“运动的相对性”教学为例[J].物理之友，2019，35（09）：20-22.

（收稿日期：2021-04-27）