物理教学中的自组织转变——以“平面镜成像的特点”教学为例

张婷玉

(北京市陈经纶中学本部初中,北京 100021)

“平面镜成像特点”一节是典型的实验探究课，通过本节课的学习，让学生经历一个完整的实验探究过程，掌握探究过程背后所隐含的科学方法。笔者依据自组织转变理论，针对学生的思维障碍点，提出彰显物理教学逻辑的教学设计。

1 传统教学的困境

“平面镜成像的特点”一节，前承“光的直线传播”与“光的反射”，后启“凸透镜成像规律”，是相关光现象知识的应用，通过本节课的学习，让学生习得实验探究方法，为探究凸透镜规律夯实基础。

传统教学对本节课的处理存在一定的问题。首先，提到平面镜成像时，学生习惯于用生活中的镜子作为器材来探究本实验，镜子虽成像清晰，但像的位置难以确定，实验设计中引导学生利用玻璃板代替平面镜是本节课的难点。在传统教学中，教师会将这一方法直接向学生陈述，学生并未深刻理解，为了应付考试学生只能死记硬背。其次，实验教学注重学生亲历探究过程，在学习过程中探究规律，这就要求教学在生态化的环境中构建生命课堂。传统教学以讲授为主，学生的主体地位得不到体现，课堂呆板无趣，难以激发学生的学习兴趣。由此，在开放性的环境下将知识、信息不断向结构化、有序化的方向发展，由被组织向自组织转变就显得尤为重要。

2 体现生命课堂的教学设计

自组织转变理论认为：学习者系统属于自组织系统。在学习的过程中，知识的获取不能靠教师的简单传授，应是学习者“自组织”的结果。这一过程不是学习者独立能完成的，需要教师的引导与外部环境的协同，形成有序跃迁的交互，[1]这就需要教师在教学中为学生自组织系统的自我生成创造良好的外部条件，以更好地促进教学活动的有效开展。笔者将“平面镜成像特点”的教学分为三个环节。

2.1 被组织：如何确定像的位置

在本环节中教师铺设教学情境，开展教学活动。学生在教师的引导下，渐入问题情境，教师提出问题，引发学生的思考。

教师引导：我们通过画光路图学习了平面镜成像的原理，当我们把一支蜡烛放在镜子前，可以在镜子里看到另外一支“蜡烛”，这是什么现象？学生已经学习了“光的反射”及“平面镜成像的原理”，回答：是光的反射现象。教师追问：镜子里的“蜡烛”是实像还是虚像？为什么？学生回答：因为平面镜所成的像是反射光线的反向延长线的交点，所成像是虚像。教师利用生活中的现象，帮助学生复习平面镜成像原理，同时引出本节课所要研究的内容。

教师提出问题：结合我们平时照镜子的经验，你认为镜前的蜡烛与镜子里的“蜡烛”有什么关系？学生猜想：近大远小，像和物到平面镜距离相等，像与物的形状相同……教师将学生的猜想分为两大类：像的位置、像的大小(表1)。

表1

接下来我们的任务是通过实验来验证猜想，平面镜所成的像是虚像，不能呈现在光屏上，确定像的位置是需重点突破的问题。

2.2 临界状态：用玻璃板代替平面镜

德国物理学教授哈肯在研究由大量子系统构成的、相互间存在着复杂非线性相互作用的开放系统时提出了协同学理论。协同学采用序参量来描述一个系统的有序度，刻画系统从无序向有序的转变。

临界状态是指随着教师讲授及小组讨论等教学活动的进行，学生的“序参量”的竞争逐渐被激化，当学生的“序参量”到达一定值时，某一序参量就会取胜，其他序参量随之减退，最后由一种观点主宰学生的认知结构，达到临界状态，实现科学思维能力从量到质的飞跃。

确定像的位置是教学的关键环节，在这一环节中，教师提出问题：如何确定像的位置？学生头脑中必定出现大量的“序参量”，显然镜子不透光，即便学生应用“刻度尺”等实验器材也很难确定像的位置。此时，少数的“序参量”必定支配学生的认知结构，如果镜子能透光就好了，可是什么实验器材既可以透光又可以成像呢？如果在尝试“解决镜子不透明”这一问题时，学生得到与实际不相符的结论，则需重新思考直至问题解决。此时学生的思维方式实现了质的突变，提出：用玻璃板代替平面镜，不仅可以看到蜡烛所成的像，还可以透过玻璃板看到另外一支蜡烛，另一支蜡烛可用来确定第一支蜡烛所成像的位置。

教师提出问题：是否可以直接用镜子前的蜡烛与镜子里的“蜡烛”进行比较？如果不可以，应该怎么比较二者大小？请同学到讲台前操作，比较像与物的大小。学生在确定像的位置实验操作过程中，不断移动后面的蜡烛(图1)，其他同学在不经意间发现：有一个位置，蜡烛刚好与第一支点燃的蜡烛所成的像重合，他们不难得出结论：可以用未点燃的蜡烛替代已点燃蜡烛的像，此时教师应该向学生强调其中隐含的科学方法——等效替代法。

图1

2.3 自组织：实验设计及评估

自组织是指在开放性教学环境下，通过学生与教师互动交流，学生自主发现、提出问题，问题不再由教师提出，使得学生原有的认知平衡被打破，系统偏离平衡态，使认知结构得到优化或变革，要求学生不满足已有的知识结构，具有怀疑与批判精神。

此时教师放手让学生设计实验，提出实验步骤，引导学生思考：若想比较像与物的大小，测出像距与物距的关系，应选择什么实验器材？学生发挥主观能动性，此时教师需要前后巡视，进行个别辅导，表达对学生实验设计的认可与建议，关注学生在课堂上的生成，组织教学从无序到有序转变。

实验设计完成后，学生自主实验，教师巡视，与学生讨论在实验中生成的问题，如：后面的蜡烛是否需要点燃？为什么玻璃板所成的像有重影，应如何改进？蜡烛尺寸较大，如何标记？最后教师引导学生将实验结果记录在表格中，提出问题：根据表格中的数据，你能得出什么结论？在课上开展实验交流、评估活动。

在交流、评估后，此时教师需要对学生的表现予以肯定，并顺势提出新问题，回到学生在实验开展前的猜想上来，验证猜想，得出实验结论。此时学生完成了从被组织到自组织的转变，指出实验中存在的问题，自主解决问题。

3 教学反思

3.1 打破学生的思维定势

本节课的关键是让学生提出用玻璃板代替平面镜的设计，“镜子不透光，如何确定像的位置”的提问，成为学生远离思维定势、引发学生深入思考的关键。本节课中，学生为了解决这一问题，不得不搜肠刮肚，哪怕争论得面红耳赤，也要找出问题解决的方法，通过知识重构达到了训练学生思维的目的，打破原有的思维定势，随着结论的浮现，也将“等效替代法”渗透到教学中。

3.2 注重教学中的分类方法

分类方法是根据问题本质属性的不同，将研究对象分为不同种类来解决问题的方法。在本实验中将学生的猜想，予以恰当分类，使得无序、杂乱的猜想明晰化。不仅将学生原本众多的猜想进行归纳、分类，自然而然引出教学的重点问题，实验教学任务得以顺利完成，而且将分类方法自然融入到物理教学中，达到以点带面、触类旁通的教学效果，从而提高了学生应用科学方法解决问题的能力。

3.3 关注课堂问题的生成

学生是教学活动的主体，根据核心素养的培养要求，学生的学习方式应从被动接受式学习向主动获取式学习转变，在课堂上学生在“悟”中不断生成新的问题。鉴于大部分初中生的思维尚未达到形式运算的水平，加之“探究平面镜成像特点”的开放性，这就要求教师关注学生的认知现状，选择恰当的教学内容及提问方式，实现学生的思维由被组织达到临界状态，使其认知结构得到优化或变革，实现从被组织到自组织学习的飞跃。