基于做中学理念提升学生学科素养的物理活动设计*

摘  要  让学生经历照相机、投影仪的成像模拟过程，在活动中理解物理知识，发展科学思维，在潜移默化中形成科学态度和责任，在学习与思辨中形成对事物本质和内在规律的认识。

关键词  做中学理念；教育重演理论；物理；透镜

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）17-0141-03

0  引言

教育重演理论指出，现代学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演，即现代人的认知发展是对其祖先认知水平长期演化过程的浓缩。学生在学习物理生活生产应用方面的知识时，从“未知”达到“真知”，需要经历一定的学习过程，而这一过程以浓缩时空的形式，短暂而迅速地重演着人类漫长的认识发展过程[1-2]。

“生活中的透镜”选自鲁科版物理八年级上册第四章“透镜及其应用”的第三节，以照相机、投影仪、放大镜为例来教学透镜成像规律在生活中的应用。笔者在教学中让学生模拟制作照相机、投影仪，重演科学家所做的实验，像物理学家一样思考，使学生在重演科学探究的过程中掌握科学思维方法[3]，在活动中形成物理观念，发展科学思维，培养科学态度和责任观，感受物理之趣和物理之美。

1  传统教学存在的问题

“生活中的透镜”是在进行“凸透镜成像规律”探究课之后安排的一节内容，包括照相机、投影仪、放大镜三部分内容。笔者在多年的教学中发现，多数教师在处理本节内容时存在以下两种情况。

1）有的教师将本节课与“凸透镜成像规律”的复习巩固课合并进行，在复习提问凸透镜成像规律时，指出投影仪、照相机的成像就是对这些规律的具体应用。这样的教学是让学生对凸透镜成像规律应用的死记硬背，不能有效培养学生的学习兴趣。

2）有的教师照本宣科将本节内容快速讲授完成，然后让学生进行大量的习题训练。这样简单粗暴的教学方式，无法让学生主动进行知识建构，更谈不上体验探索和发现的喜悦，难以感悟科学方法、培养创新能力。

2  基于做中学理念的创新教学活动设计思路

笔者在教学中以教育重演理论和做中学理念为支撑，通过设计系列学生活动，让学生在活动中体验这些设备对光学原理的应用，使学生通过意义建构理解所学内容，并适时与现代生活中的透镜应用建立联系，真正体会物理的用处。按照“需要—原理—应用”的思路，感受“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念[4]。

3  基于做中学理念的创新教学活动设计过程

“生活中的透镜”包括照相机、投影仪、放大镜三部分内容。因为老式的照相机和投影仪最能直观体现其成像原理，所以教材中介绍的照相机、投影仪都是老式仪器。但由于老式的照相机和投影仪与学生日常生活中见到的照相机、投影仪构造不同，因此，教学内容与学生生活严重脱节。这就要求教师在教学中解决教材中的素材与学生认知不对等的矛盾。基于此，教师在教学中应先让学生理解照相机、投影仪、放大镜的成像原理，再及时介绍透镜成像规律在现代生活中的应用，方能体现课程标准“从生活走向物理”的课程理念，让学生感受科技发展给生活带来的影响[4]。

教学重点：照相机、投影仪、放大镜成像原理。

教学难点：照相机、投影仪、放大镜成像调节方法。

课堂准备：透镜、带槽的圆纸筒、临摹纸、橡皮筋、强光手电筒、塑料片做的数字“7、5、3”。

3.1  基于做中学理念的照相机的学习

3.1.1  借助照相机发展史了解照相机的起源与变迁

环节1：教师利用课件（图1）与学生一起回顾照相机的起源

公元前五世纪，我国的《墨经》一书详细记载了世界上第一个小孔成像的实验，这是人类最早对于像的记录，它为照相机、录像机等现代高科技仪器的发明创造奠定了光学理论基础。宋代，沈括所著的《梦溪笔谈》中叙述了小孔成像匣的原理。16世纪文艺复兴时期，欧洲出现供绘画用的成像暗箱。1839年，法国画家达盖尔公布了他发明的银版摄影术，并制成世界上第一台可携式木箱照相机。

环节2：播放照相机变迁的视频。

【设计意图】通过照相机发展史的引入，使学生意识到科技的发展是因为需要而在不断地革新，培养学生对生活中物体进行创新的意识。同时指出《墨经》中的小孔成像为照相机的发展奠定了光学理论基础，让学生认识到我国祖先在成像方面的研究早于其他国家，自然而然地产生一种民族自豪感和文化自信，在课堂教学中进行情感渗透教育。

3.1.2  经历制作过程，体悟照相机原理

教师给学生提供凸透镜、凹透镜、带槽的圆纸筒、临摹纸、橡皮筋等器材，让学生从两种透镜中挑选一个组装模拟照相机，探究哪种透镜能使屏幕上的孙悟空成像在临摹纸上，并尝试改变临摹纸上孙悟空像的大小。学生将凸透镜和凹透镜放在圆纸筒中，通过实践发现，凹透镜不能在临摹纸上成像，凸透镜可以在临摹纸上成像。通过此探究过程，让学生了解照相机的镜头为凸透镜而不是凹透镜。成像后，教师借助此简易照相机对应讲解什么是照相机的暗箱，并提出问题：如何操作可以使所照的像变大？学生通过实践探究发现：要想使临摹纸上孙悟空像变大，需要靠近屏幕，并适当将凸透镜远离临摹纸。通过此活动，让学生深入理解照相机要想成像变大，需要将照相机靠近物体，同时将暗箱拉长。

【设计意图】让学生通过自己动手组装模拟照相机以及改变所成像的大小等，探究照相机的成像原理和成像大小调节方法，在实践中培养动手能力，同时意识到照相机成像的主要部件是凸透镜。在寻找稍大点儿像和稍小点儿像的过程中，让学生自主建构知识，进一步理解“物距变小，像距变大，像变大”的凸透镜成像规律。

3.1.3  联系生活实际，感受科技发展

照相机成像探究活动结束后，教师并没有立刻结束有关照相机的学习，而是拿出一个老式照相机和胶卷（已使用），让学生观看并介绍照相机的构造，对比介绍数码照相机。进而告诉学生，随着科技的发展，现在手机也有了照相功能，且正在逐渐替代照相机，然而无论怎样更新换代，它的成像原理是不变的，改变的仅仅是成像形式，并让学生观看有关照相机发展的视频。教师进一步指出，随着科技的进步，人们已经不满足于静态的画面记录，而是希望能有动态的画面记录，从而引出摄像机，并介绍摄像头在交通、学校中的广泛应用。

【设计意图】学生日常生活中见到的照相机与教材中介绍的照相机构造不同，而且在生活中照相时看到的也不是倒立的像，这样的生活经验与学生的学习产生严重的认知冲突。通过对比介绍老式照相机和数码照相机，解决学生的认知冲突，同时让学生意识到凸透镜成像规律在生活中应用非常广泛，感受物理与生活密不可分。

3.2  基于做中学理念的投影仪学习

3.2.1  模拟投影仪，体悟逆向思维

在学习完照相机后，教师提出问题：“记录下来的图像非常小，不方便观看，请大家思考，如何才能将记录下的照片放大后观看呢？”学生回答：“像放电影那样观看。”教师对学生的回答给予肯定，同时提出问题：“你能用老师准备的器材（强光手电筒、塑料片做的数字、透镜）将数字放大后投放到墙上吗？”教师提出问题后，立刻引起学生强烈的探究欲望。学生在探究时，最先想到的是用强光手电筒直接照数字，在墙上会看到数字“7、5、3”的影子。教师适时引导学生思考：“墙上的‘数字是像吗？”学生通过思考后，意识到是影子而不是像。教师进一步引导学生思考：“如何才能在墙上得到像呢？可以借助什么仪器？”通过交流，学生认识到可以利用凸透镜成放大像的规律，借助凸透镜就可以做到。于是，学生将数字和强光手电筒组装好（图2），再在手电筒和墙壁之间放凸透镜，这样一个简易的模拟投影仪就做成了。学生将数字投影到墙上，通过改变凸透镜和强光手电筒之间的距离，会直观地感受墙上数字大小的改变；而且通过旋转数字的倒正，可以改变墙壁上数字的呈现样式。这样的探究活动让学生直观感受投影仪的成像原理，并在这个过程中感受如何调节让像变得更大，如何摆放数字让数字按常规书写的样式呈现在墙上（图3）。

【设计意图】学生已有光路可逆的知识背景，结合透镜成像实验和放电影的生活经验，用问题引领学生思考，训练学生利用逆向思维解决问题的能力。让学生动手组装简单的投影仪，在实践中了解投影仪的构造，直观感受投影仪的成像原理，提升问题解决能力、协作能力和动手操作能力。

3.2.2  实物展示，突破教学难点

学生动手模拟投影仪后，教师再给学生呈现一个与课本插图一致的老式投影仪，向学生介绍它的构造，并演示它的成像情况：先将投影仪上的平面镜旋转90°，让学生观察没有平面镜时投影仪的成像情况，发现像成在天花板上；学生实际观看天花板上物体的像，体会到这样看像非常不方便。教师随机提出问题：“如何让像成在竖直的墙壁上而不是天花板上？”学生苦思冥想而不得结果，这时教师不需要讲解，只需要慢慢旋转平面镜，就会让学生看到天花板上的像正慢慢转移到前面的墙壁上。像的移动引来学生的惊叹声，有了这样的体验，学生对于平面镜的作用这一难点就可透彻理解。这一展示不仅给学生留下深刻印象，还让学生进一步理解了平面镜会改变光的传播路径。至此，投影仪的教学并没有结束，教师要介绍现代的数字投影仪、实物投影仪在生活生产中的应用，如商家利用投影仪投在地上、墙壁上的广告，景点播放的水幕电影等。

【设计意图】利用投影仪的具体操作演示突破学生对投影仪上平面镜作用的理解这一难点。视频播放投影仪在现代生活中的实际应用，一方面让学生知道物理在生活中应用的广泛，科技发展能带给人们生活的便捷和美；另一方面让学生意识到，生活中一些看似高深的现象，是可以用所学的物理知识来解释的。

4  结束语

科学教育的目标和作用包含三个层次：1）直接传授知识；2）教会学生如何思维，激发学生的创造精神；3）教学生如何做人，培养其正确的世界观、人生观、价值观，提高其文化素养[5]。教师在进行课堂教学时，要把文化的传授和学习转化成历史上文化创造者和今天文化学习者之间的对话[5]，依托物理学史，潜移默化地进行科学方法和科学精神的教育，在教学中重演知识发生的过程，促进学生深度学习。

参考文献

[1] 任虎虎.培育物理学科核心素养的“五位一体”教学策略[J].中学物理，2017（7）：17-19.

[2] 任虎虎，赵强.浅谈教学重演律的教育价值与实施策略[J].物理之友，2016（10）：9-11.

[3] 吴洪文，夏良英.重演知识发生过程 促进物理深度学习：以“运动的描述”教学为例[J].物理之友，2021（5）：1-3，6.

[4] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2001年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2016.

[5] 申先甲，李艳平，刘树勇，等.谈谈物理学史在素质教育中的作用[J].大学物理，2000（11）：36-40.

*项目来源：山东省淄博市教育科学“十三五”规划重点课题“初中物理教学中渗透物理学史的实践研究研究总报告”（课题编号：2019ZJZ008）。

作者：胡青云，淄博市周村区教育教学研究室，一级教师，研究方向为物理课堂教学有效策略（255300）。