遞進式實驗教學的實踐與思考

黃曉明

[摘 要]基于實驗在物理教學中的重要作用，設計具有邏輯關聯、螺旋上升的遞進式實驗，有助于學生在體驗、探究、逐層推進的學習過程中，獲得知識，提升能力。遞進式實驗教學由情境性實驗、體驗性實驗、探究性實驗、應用性實驗和拓展性實驗等構成。教學中，一要重視設置懸念引入課題，提高學生學習興趣；二要選用高效創新教具，提高教學有效性；三要突出遞進式實驗教學的主導作用，輔以其他教學方法。

[關鍵詞]遞進式；實驗教學；實踐；思考

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）26-0045-03

物理實驗教學的重要性早已為廣大物理教師所認識與理解。然而從實際教學情況來看，卻不盡如人意。主要體現在兩個方面：一是實驗的設計缺乏明確的目標指向，隨意性較突出，未能有效促進學生的深度思考；二是實驗的設計與實施過程比較單一，沒有形成相互關聯、作用互補的系列實驗，未能真正將學生的思維引向深入。研究表明，加強遞進式實驗教學的設計與應用，可以有效解決上述問題。

一、遞進式實驗教學的要義

遞進式實驗教學是指依據教學目標、教學內容與學生學情，將實驗教學進行有效分層，使實驗教學的實施按由淺入深、由基礎到研究再到拓展的順序遞進式地展開，課程的實施逐級推進，拾級而上。遞進式實驗教學的設計理念是：以連續、遞進式的實驗為主線，將教學內容進行有效整合，逐層推進教學，促使學生在觀察與實驗的過程中，形成自主學習的動機，在分析解決問題的過程中，獲得知識和方法，逐步提升學科核心素養，從而達成教學目標。

基于上述理念的實驗教學，需要教師設計一系列演示和分組實驗，形成螺旋上升的實驗鏈，為學生搭建一個個學習平臺，讓學生逐層探索，最終達成教學目標。遞進式實驗教學中的每一個實驗都需要具有一定的層次性和驅動性，相互之間具有關聯性和邏輯性。通常可以劃分為情境性實驗、體驗性實驗、探究性實驗、應用性實驗和拓展性實驗。情境性實驗主要目的是創設真實的問題情境，讓學生發現問題、提出問題，激發學習興趣與動機；體驗性實驗給學生提供第一手感性素材及直觀認識，起到積累、準備與鋪墊的作用；探究性實驗是整個遞進式實驗中的核心實驗，可以由幾個實驗共同組成；應用性實驗是為了對已開展的教學過程，進行檢驗、反饋與矯正；拓展性實驗是對學習內容與方法的多維度延伸與拓展。應用遞進式實驗教學設計課堂教學的邏輯模型如圖1所示。

二、遞進式實驗教學的實踐應用

以蘇科版物理教材八年級上冊《光的反射》教學為例。

1.情境性實驗：光學暗盒

教師將激光筆放置在黑板上（圖2），看到射出的激光在黑板上成一條直線傳播，說明了光在同種均勻介質中是沿直線傳播的。

師：若用擋板放在激光筆前，光能被擋住嗎？

生：能擋住，光被不透明的物體擋住了。

讓激光照射盒子的小孔，我們發現光能從另一小孔射出。

師：將擋板插入盒中，還有光射出來嗎？

學生猶豫中，此時教師將擋板插入盒中（圖3），發現仍然有光射出，從而引入了這節課的主題——光的反射（板書）。

評析：在本節課的開始就利用新奇的實驗，讓學生盡快融入課堂，通過觀察到的實驗現象，不僅能讓學生回憶起“光在同種均勻介質中沿直線傳播”這一舊知識，還能引起學生新的思考：光在盒中究竟是怎樣傳播的？該實驗能起到承上啟下的作用。

2.體驗性實驗：觀察光的反射現象

教師將激光筆放置在黑板上，我們看到射出的激光在黑板上成一條直線傳播，在傳播路徑上放置一塊平面鏡（圖4），觀察反射現象，利用描點法畫出光路圖，根據光路圖介紹光反射時的一些術語。

教師改變激光筆的位置，改變入射光線，隨著入射角的增大，反射角也隨之變化，根據這一現象，請學生猜想：反射角與入射角有什么關系？

生：兩角相等。

師：如何證實你們的猜想。

生：需要光源、平面鏡和帶有角度的光屏，多次實驗，記錄入射角和反射角。

評析：光的反射現象，在生活中普遍存在，但在具體研究其傳播特點時，沒有直接的觀察和體驗，對它的猜想往往是沒有依據的，對其后的探究也是不利的。

3.探究性實驗：探究光的反射定律

（1）探究“兩角”關系

教師指導學生調好光束，使光束在光屏所在的平面內，并使光屏上能顯示出光束的徑跡（圖5），學生進行分組實驗，教師巡視。

最后得到：光反射時，反射角等于入射角。

（2）探究“三線”關系

教師將竹簽插在泡沫上，模擬入射光線和法線，請學生利用第三根竹簽來表示反射光線，模擬光的反射現象。

學生根據生活經驗，將第三根竹簽插在了入射光線與法線確定的平面上（圖6）。

師：如何證實三線是共面的？

生：利用能折疊的平板，觀察并確定反射光線所在的位置。

教師在講臺上利用大型光學器材，進行演示實驗（圖7）。

得出：光反射時，入射光線、法線和反射光線在同一平面內（板書）。

教師繼續將竹簽插入泡沫塑料中，模擬光的反射現象，使得入射光線、法線和反射光線處于同一平面中，入射光線和反射光線都在法線的同一側，反射角等于入射角，是否符合實際情況呢？

生：不符合。

師：說明光反射時，還需滿足什么條件？

生：光反射時，入射光線和反射光線在法線兩邊。

學生動手操作進行驗證。

評析：探究光的反射定律是本節課的重點，在上述三個活動中，我們都是先通過一個現象讓學生獲得初步的感性認識，猜測入射光線和反射光線的位置存在著什么樣的關系，再通過實驗驗證。在實驗的設計上，將光的反射定律分成三組實驗進行探究，可以降低教學難度，同時良好的實驗器材也增加了實驗的可視度，提高了實驗的效果。

4.體驗性實驗：觀察光的兩種不同反射

教師指導學生閱讀教材，要求學生了解平面鏡成像的原因。

師：利用手電筒將光斜射向紙板，可以看到完整的光斑（圖8），那為什么可以看到光斑呢？

生：光在紙板上發生了反射。

師：各個方向的同學都能看到光斑嗎？

生：是的。

師：改變手電筒斜射的方向，將光斑移向平面鏡，觀察到平面鏡上的光斑“消失”了（圖9），是鏡子上沒有發生反射嗎？

生：不是。

師：在紙板上和平面鏡上都發生了發射，為什么會出現不同的情況呢？

隨后，學生通過自學書本P72，初步了解形成原因，接著教師通過視頻動畫，模擬光在不同反射面上的傳播路徑；最后，學生根據所學知識區分生活中的反射類型。

評析：鏡面反射和漫反射是反射的兩種不同類型，學生剛剛知道了鏡面成像的原因是光的反射，現在卻“只能”在紙板上看到一半的光斑，這樣強烈的對比實驗更能引起學生的思考，激發學生探索新知識的欲望，同時也進一步鞏固了學生對平面鏡成像知識的認識。

5.應用性實驗：光的反射定律應用

（1）尋找平行光線

師：利用光的反射實驗裝置，請同學們利用第二塊平面鏡，將反射光線再次反射后與第一次的入射光線平行。

學生分組進行實驗，教師巡視點撥。教師請學生進行交流。

方法一：學生將兩塊平面鏡垂直放置，光線能沿著原方向反射回去（圖11）。

師：生活中看到過類似的情況嗎？

教師PPT展示自行車的尾燈（角反射器）圖片。

學生恍然大悟，明白了生活中看似不起眼的“裝飾品”是有大用處的。

方法二：學生將兩塊平面鏡平行放置，光線好像發生了平移，但仍沿著原方向射出去（圖12）。

師：生活中看到過類似的情況嗎？

生：潛望鏡。

教師PPT展示潛望鏡圖片，同時展示潛望鏡模型，讓學生利用潛望鏡觀察物體，體會它的作用。

評析：在嘗試尋找平行光的有趣實驗中，學生不僅鍛煉了動手能力，也對光的反射定律有了更深入的了解。

6.拓展性實驗：光的反射定律的延伸與拓展

師：利用一塊平面鏡將與水平面成30°的光線豎直照射入井中，通過作圖標出平面鏡的位置，并計算平面鏡與水平面的夾角。

請一位學生上臺利用激光筆和平面鏡在黑板上進行演示，其他同學在學案上畫圖，標出平面鏡的位置，并利用今天所學的內容，計算平面鏡與水平面的夾角。

評析：此實驗是光的反射定律在實際生活中的一例常見應用，能更生動直觀地顯示光路，有助于學生理解相關知識規律。

三、遞進式實驗教學的思考

1.要重視設置懸念引入課題，提高學生學習興趣

物理課堂教學中探究課題的引入環節，是整個課堂教學的重要節點，是遞進式實驗教學能否成功的第一步，其作用不容忽視。如果能把握好這一環節，就可以把學生的注意力牢牢吸引住，學生學習興趣就會大大提高，求知欲、探究欲就會被激發。對探究內容先行進行有效設疑，制造懸念，激發認知沖突，能使學生在較短時間內集中思想，積極思維，為后續的探究學習奠定基礎。

2.要選用創新教具，提高教學有效性

教具是教師為了提高教學效率而選用的教學輔助工具，目的是化抽象為形象、化復雜為簡單，啟發學生思維，達到事半功倍的教學效果。教具的高效是指教具的演示要有清晰顯著的視覺效果，如圖4、圖5、圖7等。高亮度的激光和平整的漫反射板的使用，讓原先不明顯的光路清晰明亮，光的反射現象一目了然。教具的創新是指教師根據教學要求自制針對性強的教具。例如利用竹簽和泡沫板證明三線共面，就是一個創新的教具。實驗使用的材料越簡單，學生越熟悉，就越能透徹地呈現實驗結果，提高教學的有效性。

3.要突出遞進式實驗教學的主導作用，輔以其他教學方法

遞進式實驗教學方法有利于學生由淺入深地進行學習，同時輔以其他有效教學方法，相輔相成，則教學效果更為突出。“比較法”就是實驗教學中常用的一個基本方法，它是確定和分析對象之間差異點和共同點的有效方法，有了比較才能分析，才能對比。如圖9，觀察到平面鏡上的光斑“消失”了，通過比較就能了解鏡面反射和漫反射，對現象的認識和理解會更全面，對知識的掌握也更深刻。

總之，實驗是物理教學的一個重要手段，遞進式實驗教學降低了學生學習物理的思維梯度，提高了實驗教學的有效性。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 吳志明. 遞進式問題鏈的教學設計與應用[J].物理教師，2012（9）：26-29.

[2] 梁清源. 師生互動 引導探究：探析初中物理實驗教學[J].中學教學參考，2015（23）：59.

（責任編輯 易志毅）