借助《认识棱镜》教学发展学生思维

林晓彬

〔摘    要〕  《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，核心素养包含科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等。重视学生科学思维的培养是科学教育的重要内容之一，将培养学生的科学思维贯穿于科学课堂具有重要意义。本文借助教科版《认识棱镜》一课，通过材料进阶、科学史的重演、评价单的使用，探讨如何在科学课堂教学中对学生的科学思维进行培养。

〔关键词〕  小学科学；科学思维；材料进阶；科学史；评价单

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  16    031-033

胡卫平教授指出：思维活动是课堂教学中的核心活动，教学的本质是思维，学生的学习需要思考。一节课除了让学生掌握实验技能、科学知识之外，发展学生的科学思维也是非常重要的。因此，笔者以《认识棱镜》一课的教学为例，探讨如何对学生的科学思维进行培养。

一、材料进阶，为学生科学思维发展搭建“脚手架”

科学思维的发展不是一蹴而就的，培养学生的科学思维需要给他们提供脚手架。只有给学生提供足够的进阶材料，借助材料，让学生的思维可视化，才能让学生在进阶的材料中潜移默化地发展科学思维。

《认识棱镜》是教科版五年级上册“光”单元的第5课。教材在上一节课中讲授光由空气斜射入水中发生折射现象的基础上，继续让学生探索光由空气中斜射入玻璃等其他透明物体时，是否也能发生折射，进一步对折射概念进行深层次的理解。为了让学生理解白光透过三棱镜会产生折射分解成七色光的这个教学重点，我做了以下设计：上课之初创设适合学生思维发展的情境，播放《小猪佩奇》动画视频，用动画形象直观地向学生介绍彩虹的出现需要雨和阳光。当我提出彩虹的形成需要什么条件时，学生很容易就能答出需要雨和阳光。动画片的内容引起学生的兴趣，并进一步强化了学生的认知——彩虹的形成需要雨和阳光，为后续的学习埋下伏笔。接着，笔者回顾上节课所学习的知识，笔者展示了教材中的光从空气进入水中的图片，请学生说出观察到的图片的现象。学生说出光从空气进入水中会在水面处发生偏折。我借助多媒体将光的路线图用箭头表示出来，带领学生回顾了上节课学习到的光的折射现象。有了这些知识作为铺垫，我拿出了一个透明的三角体提问：光从空气中进入透明的三角体会发生什么现象？请学生进行猜测，并将猜测画在相应的记录单中（如图1）。学生思维发展程度不同，有些学生由于思维定式的存在，仍旧认为光在透明的三角体中还是沿直线传播，而有些学生能够较为自然地进行知识迁移，认为光从空气中进入透明三角体也会发生偏折。学生汇报的两种结果，表明了两种不同的思维形式。实验能告诉我们答案。我们将光源的开关打开，能够直接看到光从空气中进入透明三角体的传播路线。学生能够根据实验现象说出：光从空气中进入透明三角体发生了偏折，从透明三角体到空气中再次发生了偏折。笔者再次将光从空气中进入透明三角体的传播路线用光路图进行表示（如图2）。学生能够清楚地认识到光从一种介质进入另一种介质会发生偏折即光的折射。这些材料的进阶，为学生接下来学习光从空气中进入三棱镜会发生什么现象埋下伏笔。

二、科学史重演，促进学生科学思维的发展

学生在接下来的活动中将重走伟大物理学家牛顿发现光的色散原理之路。我们用牛顿这位科学家发现光的色散历程，推动学生思维能力的发展。

笔者在接下来的教学中直接引入了牛顿研究光的色散的科学史：在300多年前，一位伟大的科学家——牛顿，他做了一个与我们刚刚将光照射透明三角体相似的实验。他将白光照射到了与这个三角体相似的物体中（这个物体在小组长的抽屉里）。笔者提出观察任务：观察这个物体的特点。组长拿出三棱镜，小组学生一起观察。学生在观察后说出了自己观察到的细节，培养了与他人合作、交流的能力。学生汇报：这个物体是由玻璃制成的，透明，等等。教师进行总结补充：像这样具有三条棱、截面是三角形、侧面是长方形的透明物体，我们把它称为三棱镜。教师进一步提醒，三棱镜是由玻璃制成的，易碎，请大家在实验的过程中要注意轻拿轻放。通过让学生对三棱镜的观察，笔者引出本节课的教学重点：用白光照射三棱镜会有什么现象？学生通过之前的学习经验，较为容易地猜测出白光透过三棱镜可能产生折射。但具体的现象是什么，学生还是不够清楚，有待实验进行验证。教师为学生提供了手电筒、三棱镜、屏等材料，并提问如何进行实验？学生用以往的知识经验说出实验材料的摆放方式。这个过程培养了学生的分析能力。

为了让学生能在课堂上快速地看到实验现象，在课前的下水实验中，我发现将三棱镜的一条棱对准屏，手电筒进行照射最容易看到实验现象。学生以小组的形式进行实验，学生在实验的过程中能发现白光透过三棱镜在屏上出现的不是白光，而是多種颜色的光斑。教师请学生画出光在三棱镜中的传播路线是在实验结束以后进行的。学生在看到手电筒的光透过三棱镜在屏上的光斑后能更容易地将光路图画出来。用彩色笔表示光斑的颜色，学生将光斑颜色画在实验记录单上。通过之前的学习铺垫，学生在记录单中体现了思维发展的不同程度。学生画的光路图出现了很多条带箭头的线，这是学生思维深度发展的体现。在之前的学习铺垫中，学生知道了光从一种介质进入另一种介质时光路会发生偏折，而白光透过三棱镜却在屏上出现了彩色的光斑，因此学生猜测可能是由于光“分散”开了，由此出现了多个箭头。这证明了之前的一次次光路图的绘制，为学生思维的发展提供了脚手架，学生能在这个教学过程中发展思维能力。当然有些没有画出多个箭头的学生也会在画光斑的过程中产生疑问：白光透过三棱镜后为什么在光屏上出现了彩色光斑？笔者在课前的下水实验中发现，很难收集到像教材那样色彩分明的七色光带，查阅资料后发现是由于手电筒发出的光与真实的太阳光有一定的差距。所以学生在汇报实验现象的时候自然没有办法把白光分解成红橙黄绿蓝靛紫七种光全部说出来。

因此，我在课堂上引入了仿真实验，仿真实验使我们能够克服天气、光的波长等不利条件，将一些不利的因素排除在外，因而看到的实验现象是非常明显的。在仿真实验中，学生很清楚地观察到在屏上出现了渐变的光带，它们分别是红橙黄绿蓝靛紫。我借助仿真实验的现象向学生介绍科学家的研究：白光透过三棱镜会被分解成红橙黄绿蓝靛紫七种色光，并且这些光并不是层次分明的，而是渐变的。学生在仿真实验中能够更加清晰直观地看到白光被分解成七色光的现象。学到这里，让学生解释彩虹形成的原因就简单多了。学生指出在太阳光的作用下，雨滴充当三棱镜的作用，使阳光被分解成了七色光。为了让学生能够进一步理解光的色散，我当场展示泡泡机吹出的泡泡，请学生再次进行解释，为什么能看到彩色的泡泡？学生异口同声地说出了泡泡充当三棱镜的作用，白光被泡泡分解成了色光。这个过程培养了学生的语言表达能力，将学生的思维外显化了。

为了促进学生的逆向思维能力的发展，我借助刚刚引入的牛顿发现光的色散的科学史故事提出：牛顿发现白光可以分解成七色光，那七色光可以合成白光吗？这个问题很容易就引起学生的兴趣。学生异口同声地说：能！我介绍牛顿想到的方法——牛顿盘。我拿出电动彩色盘，学生看到彩色盘的时候马上就知道要如何进行验证了，那就是将彩色转盘快速地转动起来。这时，验证光的合成实验就水到渠成了。我们利用电动机让彩色盘快速转动起来，学生兴奋极了。但奇怪的是，彩色盘在转动的过程中并没有出现我们想象中的白色。在查找资料后，我看到了李尔敏老师的帖子：光学三原色是红绿蓝，色彩三原色是红黄蓝（其实是品红、黄、青）。光学三原色是加法三原色，即这三种色度的光叠加后呈现新的颜色。这三种光以相同的比例混合，且达到一定的强度，就呈现白色（白光）；若三种光的强度均为零，就是黑色（黑暗）。色彩三原色是减法三原色，我们看到物体的颜色是因为物体不吸收此种颜色，反射到人眼中即成为物体的颜色，故为减法。颜料的颜色来自吸收光而不是发出光，所以就采用了红绿蓝的补色：红的补色是青，绿的补色的是洋红，蓝的补色是黄，俗称蓝红黄。也就是说产生机制不同导致了其原色也不同。为什么光的三原色是红绿蓝呢？不是出于物理原因，而是出于生物原因，是因为人眼有三种感受颜色的视锥细胞，三种视锥细胞最敏感的颜色实际上是黄绿、绿、蓝紫，但是为了最大限度地分别刺激这三种细胞，于是采用了波长差距更大的红、绿、蓝。

在课堂上，我简单地向学生解释彩色盘没有出现白色的原因是因为颜色与光是有一定区别的，所以我们看到的是彩色盘转动起来呈现灰白的颜色而不是理想中的白色。作为扩展，我向学生进一步进行介绍：在科学家对光带的进一步研究中发现，光带中有三种颜色是不会被分解的，它们分别是红、绿、蓝，它们被称为三基色。当这三种色光均匀地混合在一起后会出现神奇的现象。请学生在課后仿照教材展示的实验步骤进行彩色轮的制作并进行实验。学生对知识的学习、思维的发展不止步于课堂。

三、使用评价单，监控学生科学思维的发展

一直以来我们对学生的评价常常限于纸笔测试，以致学生只重视对于科学知识的掌握，而忽视了核心素养的全面发展。在课堂教学的最后一个环节，我设计了评价报告表，让学生进行自评和小组互评（见表1）。这样做的目的在于强调学生在学习过程中除了要掌握科学知识，更重要的是要知道自己对科学课堂学习活动的参与情况。学生科学思维的发展水平也能从评价单中得到体现。

综上所述，科学课堂的核心活动是思维活动。科学教师应该认真设计好教学中的各个环节，高度重视对学生科学思维的培养，通过脚手架、科学史、评价单等帮助他们更好地学习科学；有效地激发学生的思维参与是科学课堂教学的重要目标，是培养其核心素养的关键。只有抓住这些重点，指向核心素养的教学才能真正地发生。

参考文献

[1]胡卫平.思维型教学理论及其应用[J].教育家，2018（48）：13-16.

[2]赵宗敏.基于思维发展的科学教学实践：以《它们有确定的体积吗》教学为例[J].湖北教育，2023（28）：35-37.

[3]邹易岐，赵祖莉.顺应学生的思维开展教学：以《热传导》一课教学为例[J].湖北教育，2023（10）：39-41.