以教材为基础开展深度备课研究——以苏科版初中物理“光的折射”为例

西安交通大学苏州附属初级中学(215021) 陈 刚

随着我区初中物理青年教师人数的激增，为了快速提升青年物理教师专业水平，2018年我区成立“区初中物理青年教师成长共同体”(以下简称“共同体”)。共同体成员在各学科指导教师的带领下，通过优课观摩与剖析、集体备课与研讨等方式，充分示范模仿，重点围绕教材分析、教学提升、实验研究等方面，采用共同体集中理论研修与分小组定期教学实践相结合的方式开展活动，促进青年教师快速成长。

教材是知识的载体，是传授知识的主要工具，是将该学科的知识、思想和方法，按照一定的知识体系、逻辑程序和认知规律构成的一个教学体系。它是连接知识与能力、教师与学生、课堂与课外的桥梁，是进行各科教育和评价的基本准则[1]。但是，某些课外辅导资料在我区初中物理教学的课内、外得到广泛的使用，甚至出现了在课堂上教材完全被课外教辅资料代替的现象。因此笔者作为物理学科指导教师，提出以“基于教材的深度研课”为主题的观点，开展基于教材的研究性备课工作。下面以“光的折射”一节为例，介绍基于教材的深度研课的一般流程，与广大同仁交流讨论。

1 深度研习课程标准，明确核心任务

课程标准是确定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议的教学指导性文件。《义务教育物理课程标准(2011年版)》(以下简称《课标》)对“光的折射”的要求表述为：①通过实验，探究并了解光的折射现象及其特点；②通过光束从空气射入水中的实验，认识光的折射现象及其特点[2]。通过表述，可以明确本节课有3个核心任务：①通过体验，认识光的折射现象；②通过实验，探究光的折射特点；③通过活动，解释光的折射现象。

2 深度研读教材资源，确定教学活动

对教材的深度研读，既要立足知识本质的高度去审视教材内容的科学性与适恰性；又要基于《课标》的要求去还原教材编写者的意图，梳理开展教学活动时可能要用到的各素材之间的逻辑联系，为将教材内容转化为教学素材做准备[3]。为提升教材的发展性，应对现行初中物理多种版本教材进行对比和分析，结合学生的学情和思维的发展情况，集思广益，深度挖掘，取各家之长，整合教学内容，将精心选择的教学素材提供给学生，优化学习路径，促进深度学习，发展学生的高阶思维和问题解决能力。

初中物理各版本教材在“光的折射”一节中都注重生活情境的设计，通过文字、图片、活动等形式使学生产生认知冲突，符合初中生的心理特点和认知规律，有利于激发学生学习的热情和求知欲。但在构建概念环节，多数版本是在文字或图片的基础上直接给出光的折射概念，缺少动态生成。概念引入与概念建构的界限不明显，只有苏科版教材由漫画引出问题，再通过活动——光斑的移动，充分利用学生的已有经验——光的直线传播，将概念由静态的呈现转化为动态建模。

各版本教材通过实验分别探究光在空气和水、空气和玻璃间折射的特点，使结论更具普遍性，更有说服力。探究的问题主要有：认识三线两角、三线位置关系、折射角与入射角关系、垂直入射、光路可逆等。苏科版教材利用“信息快递”栏目，将识记类的知识“三线两角”前移，在认识光的折射现象后介绍这5个与光的折射有关的名词，这样既可以充分利用已有情境，也便于学生将“光的反射”的“三线两角”迁移运用到“光的折射”中，进而根据观察的现象，结合“光的反射规律”猜想“光的折射特点”。因此应该将认识“三线两角”放到“光的反射”教学环节中，在该环节中，重点研究光的折射特点，避免任务过多，而重点不突出。

各版本教材都体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”这一课程基本理念，选择了大量的贴近学生生活、符合学生认知特点、激发并保持学生学习兴趣的折射现象。如：“水中硬币(或池水)变浅”在现有的7种版本的教材中都有呈现；“水中筷子(铅笔)偏折”分别在沪粤版、北师大版、沪科版、教科版和上教版等5种版本的教材中呈现；“海市蜃楼”分别在北师大版、人教版、沪科版和教科版等4种版本的教材中呈现；“叉鱼”分别在沪粤版、人教版和教科版等3种版本的教材中呈现。在掌握光的折射特点后，要求学生对上述现象作出科学的、合理的解释，培养学生对知识的应用与迁移能力。

除了沪科版，其余6种版本教材都在该节增加了课外拓展栏目，沪粤版的“课外活动”、北师大版的“阅读材料”、教科版的“物理在线”、上教版的“STS”等栏目都介绍了光的全反射知识，这不仅是对初中光学知识的拓展，也体现了初、高中物理知识的有效衔接。

通过对各版本教材的分析，不仅能使教师更好地理解教材设计意图，还能相互借鉴设计出更加贴近学生生活的学习情境，选择更加符合学生认知规律的教学方式和实验方案。笔者通过对各版本教材的研读，确定教学活动流程如图1所示。

图1 教学活动流程

3 深度研磨情境创设，优化教学设计

在物理教学中，创设贴近生活、贴近社会的物理情境能给学生以直观的形象，激发学生学习的内在动机。真实的情境和有目的的任务驱动，能让学生在探究活动或解决问题的过程中自主地理解知识，是改变学生注意方向和学习态度的一种积极的外部手段。

3.1 激趣引入，产生认知冲突

教师演示实验：井底之蛙看星星。将手机的摄像头置于平底无色透明瓶底(相当于青蛙的眼睛)，距瓶口上方一定距离处平放一张画有一轮弯月和一些星星的纸板(相当于星空)，如图2所示。演示时将手机同屏到大屏上，缓缓向瓶中加水，发现井底的青蛙看到的星星数量变多。

图2 井底之蛙看星星

学生分组活动：观察硬币的深浅。实验桌上有2个装有一元硬币的纸杯，往左边的纸杯中倒入大半杯的水，让学生观察两枚硬币的深浅。

深度分析：通过教师演示实验和学生分组活动创设真实情境，分别呈现有水和无水时观察到的现象，激发学生的学习兴趣。“兴趣是最好的老师”，学生发现有水时硬币变浅、看到的星空范围变大，产生认知冲突，激发学习热情和求知欲，且这两个活动分别预设了“光由水中射向空气”和“光由空气射入水中”两种生活中常见的折射现象，为后续的解释现象和应用拓展做好铺垫。

3.2 建构概念，掌握物理观念

师生共同活动：将激光(已固定)沿水槽的左边斜射入水槽的右下角，形成一个光斑，向水槽中缓慢倒入水，观察光斑的变化。

任务驱动：(1)画出加水前射向玻璃缸底部的光路；

(2)加入一半的水，画出光斑移动后的光路；

(3)继续加满水，画出光斑移动后的光路；

(4)如何判断所画光路是否正确？

(5)类比“光的反射”命名跟“光的折射”有关的物理名词；

(6)类比“光的反射规律”猜想“光的折射特点”。

深度分析：通过“师生活动+任务驱动”的形式，充分利用学生的已有经验(光的直线传播)，深度挖掘教材资源的作用。任务驱动(1)光沿直线传播，学生都可轻松完成；加水后，光斑左移，任务驱动(2)和(3)有一定的难度，需要学生思考后再次利用已有的经验——光在同一种介质中沿直线传播，由于光斑的位置发生移动，说明光线的传播方向发生了改变，光在水面上的空中沿直线，在水面下的水中沿直线，所以只有在空气与水的交界处发生了改变，对光路的偏折情况作出了猜想；在任务驱动(2)的基础上学生可以轻松解决任务驱动(3)，任务驱动(2)和(3)还预设了光在两种物质分界面发生折射时，入射角相等，折射角也相等，便于后续对光斑移动的解释；任务驱动(1)、(2)和(3)为师生的互动创造了良好的氛围，在整个过程中，学生不仅仅是用眼睛看教师的演示，更要通过思考，动笔画光路，充分调动了学生的思维。苏科版教材编排有利于将单纯的教师演示转化为师生共同活动，避免了只有教师做、学生只欣赏的现象发生。任务驱动(4)通过问题的形式，唤醒学生对于显示光路的方法的记忆，再通过喷雾、加牛奶的方式分别显示空气和水中的光路，用事实验证学生的作图猜想，并真实呈现光在水与空气的分界面同时发生反射与折射现象，从而认识光的折射现象；任务驱动(5)和(6)通过类比的情境创设，创设学生的“最近发展区”，解除学生畏惧心理，让学生命名跟“光的折射”有关的名词，进而有依据地提出“光的折射特点”的猜想，将学习的主动权交给学生，体现学生的主体作用。

3.3 探究规律，提高关键能力

学生分组活动：将玻璃砖放在硫酸纸的方格上，作出通过玻璃砖的光路。

任务驱动：(1)探究三线的位置关系；

(2)研究折射角与入射角的关系。

深度分析：借助探究光反射时三线共面的方法，引导学生将分界面的一边沿着桌边放置，水平拉紧硫酸纸，由玻璃砖中的折射光线在硫酸纸上呈现，将硫酸纸沿桌边向下偏折，折射光线消失，用喷雾或将硫酸纸恢复水平，折射光线再现的现象，说明折射光线、入射光线和法线在同一平面内，完成任务驱动(1)。利用玻璃砖探究光的折射规律，可以充分利用学生已有的经验，通过两点确定一条直线，作出光在空气中的传播情况，再根据光路的连续性和光在玻璃砖中也是沿直线传播，连接空气与玻璃砖分界面上的入射点和出射点，从而可以将完整的光路留痕在硫酸纸上，便于进一步研究折射的特点。通过组间交流可以得出，光由空气斜射入玻璃砖时，折射角小于入射角，光由玻璃砖斜射入空气中时，折射角大于入射角；将3组硫酸纸叠放(事先规定分别用红、蓝、黄水笔画图)，发现随着入射角增大，折射角也增大，将动态的变化转化为静态的3条光路比较，变抽象为直观地研究任务驱动(2)。将硫酸纸覆盖在有条形线的作业纸上，将入射光线与其中的一条线重合，发现最终的出射光线与条形线平行，在硫酸纸的两个入射点处都作出法线，通过平行线间角的关系，生成新问题——折射时光路可逆。苏科版教材选择条形玻璃砖作为分组实验器材，避免学生分组实验与教师用水做的演示实验重复，增加了器材的多样性，使实验结论具有普遍性。玻璃砖不仅不会弄湿纸张，而且便于学生作图留痕，使实验具有可控性、可操作性。

3.4 解释现象，培养高阶思维

模拟叉鱼游戏：2套捕鱼神器(固定在铁架台上可上、下转动的黑色圆珠笔筒作为瞄准器；1块红色的大小约为10 mm×5 mm×5 mm的红色橡皮固定在水槽的一角，代替小鱼)。要求：只准操作一次。请两位学生参与，一位学生用激光笔照鱼，另一位学生用鱼叉(用烧烤棒代替)叉鱼，如图3所示[4]。

图3 模拟捕鱼神器

任务驱动：(1)两位学生分别发表成功感言和失败原因；

(2)若将水中的鱼比作是井底之蛙，加水后，井底之蛙为什么看到的星星变多？

(3)水中硬币为什么会变浅？若将铅笔斜插入水中，铅笔为什么会向上偏折？

深度分析：利用所学知识，解释生活中的折射现象是本节课的难点，对学生的思维能力要求较高。图3的捕鱼神器，涵盖了初中经常涉及的光在空气和水的界面折射时的两种情形：激光照射鱼时，光由空气射入水中发生折射，隐含折射时的光路可逆；鱼叉叉鱼时，看到的鱼是由于光由水中射入空气中发生折射而成的虚像，这两种情形分别与课前引入的两个活动对应，为解释引入的悬念做好准备。任务驱动(1)的成功感言不仅能够分析出我们看到的鱼的光路与激光照射鱼的光路重合，即光路可逆的具体应用。若将水中的鱼比作是井底之蛙，此时的激光光路就是加水后井底之蛙看到天空的光路，即水中的井底之蛙看到的星星变多，范围变大，是由于光由空气中斜射入水中，折射光线偏向法线的缘故，进而解释任务驱动(2)。通过对任务驱动(1)的失败原因的分析：鱼叉在鱼的上方，说明由于折射看到的水中的物体变浅了，其原因是光由水中射入空气，折射光线偏离法线，人“看到”的物体在折射光线的反向延长线上，从而产生错觉，导致叉鱼失败。结合光路分析，再依次呈现图4的(a)、(b)、(c)，通过PPT动态光路图解释看到水中的硬币变浅；将铅笔斜插入水中，其下端刚好与硬币位置重合，从而便于学生猜想到铅笔下端跟硬币一样的上移，而水面之上不变，从而有依据地得出向上偏折的结论，进而解释任务驱动(3)。接着跟学生一起看课本第80页引入的漫画，解释其中的原因，在明白看到的池水为什么变浅后，警示学生要远离陌生水域，增强安全意识，珍爱生命，从我做起。

图4 光路分析

3.5 课外拓展，渗透初高衔接

教师演示：如图5所示，向圆形水柱中斜射入一束强激光，看到水中弯曲的光路。

图5 向圆形水柱中斜射入一束强激光

任务驱动：大家课后思考，这个现象在日常生活中有什么应用。

深度分析：适当拓展所学知识，有利于知识的外延，通过任务驱动完善全反射的条件，也为高中进一步学习光学做好准备，渗透初、高中物理教学的衔接。

4 深度研制巩固练习，关注多元评价

评价不仅是教学的终点，也是教学的起点。评价要有助于学生掌握物理观念，评价要综合运用纸笔测试、实验操作、课题研究、行为观察、活动表现等多种方式，把过程性评价与结果性评价相结合，使发展变化过程成为评价的组成部分[5]。因此教师应布置多种形式的作业，可以将学习和评价由课堂延伸到课外，由学校转向家庭、社会。所以本节课除布置了纸笔作业外，还布置了如下的两道课后作业：①请教老师、同学、亲友或者上网搜索，了解全反射的知识及其在生活中的应用；②家庭小实验：模拟光在光纤中的传播。要求：拍成视频，上传QQ群，以便分享和交流。

5 小结

教材不仅是课程标准的代言人，更是学科知识的精华，众多专家、学者智慧的结晶。教材不是一般的材料、读物，它是根据教育目的和学生身心发展规律和认识特点，专门研制和编写的文本，适合于相应特定阶段的学生学习。认真钻研教材的内容，是对青年物理教师的最基本要求。青年物理教师对教材的运用往往会出现两种极端：一种是照本宣科，没有深度挖掘；一种是弃之不用，完全依赖课外辅导资料。叶圣陶先生曾说：“教材无非是个例子”，但它一定是最典型、最具代表性的例子，虽然不能只教教材，但一定要利用好教材，从《课标》的角度还原教材编写者的意图，进行深度研课，促进青年教师的专业成长。