基于以概念為導(dǎo)向的高中物理微項目式學(xué)習(xí)實踐
——以“全反射”教學(xué)為例

林樂鑫

（深圳市高級中學(xué)，廣東 深圳 518000）

1 引言

教學(xué)實踐中，現(xiàn)行中學(xué)物理知識主要以章節(jié)形式呈現(xiàn)，大多數(shù)章節(jié)如果要開展項目式學(xué)習(xí)，則需要對章節(jié)進(jìn)行重組因而對常規(guī)課影響很大，在高中課堂很難開展.但是筆者注意到章節(jié)中大部分課程可以作為一個相對較小的項目進(jìn)行探究，因此結(jié)合教學(xué)實際提出以概念為導(dǎo)向的微項目式學(xué)習(xí)課程（Concept Micro Project-Based Learning，簡稱CMPBL）.CMPBL作為一種獨立的課程形態(tài)，可以普遍適應(yīng)于學(xué)科或跨學(xué)科學(xué)習(xí)之中，可以作為中學(xué)生非常重要的學(xué)習(xí)方式.在一個獨立的課時中運用項目設(shè)計完成課程內(nèi)容，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)和合作探究來解決問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的概念及科學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的概念思維能力、合作交流能力、動手操作能力、創(chuàng)造能力和批判性思維，實現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)期望.

“全反射”是幾何光學(xué)中重要的知識點，是對前一節(jié)書中反射和折射知識的深化理解，是光路傳播問題的延伸應(yīng)用.教材從生活現(xiàn)象引入，并且大篇幅地提供全反射現(xiàn)象在生活和現(xiàn)代科技中的應(yīng)用素材，體現(xiàn)了新教材重視知識與生活科技相聯(lián)系的特點.本文從驅(qū)動問題、概念初探、開展研究和評價反饋4個方面開展微項目式學(xué)習(xí)，如圖1所示.以制作“隱形裝置”作為微項目核心開展教學(xué)，希望通過對現(xiàn)象的觀察和解釋來實現(xiàn)學(xué)生對全反射概念的深層次理解，同時培養(yǎng)學(xué)生感受生活和探索知識的能力.

圖1 微項目學(xué)習(xí)課堂流程圖

2 基于以概念為導(dǎo)向的高中物理微項目式學(xué)習(xí)案例——以“全反射”教學(xué)為例

2.1 研讀課標(biāo)教材，精心設(shè)計驅(qū)動問題

驅(qū)動問題是微項目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，教師必須在研究教材和課標(biāo)的基礎(chǔ)上，緊密聯(lián)系學(xué)科知識，聯(lián)系生活實際，選取具有真實性、趣味性和操作性，而且具有培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的問題作為驅(qū)動問題.驅(qū)動問題可以是教材知識的拓展延伸，也可以是具有學(xué)科意義的社會問題或現(xiàn)象，同時要考慮適宜在一節(jié)課中完成的問題.在“全反射”教學(xué)中，筆者首先演示科技館中真實存在的隱身屋及隱身效果，如圖2所示，給予學(xué)生極大的視覺沖擊，緊接通過投屏技術(shù)展示自制的具有相同效果的隱身裝置（訂書機(jī)是模擬背景，玩偶是模擬被隱身物，當(dāng)玩偶放在隱身裝置中時，下半部分被隱身，只能看到后面的訂書機(jī)，如圖3、4所示），學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情再次得到激發(fā).如何制作隱身裝置？這個驅(qū)動問題取材于生活，雖然學(xué)生可能見過，但是很多學(xué)生對其中蘊(yùn)含的知識是一知半解，問題的提出恰好在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)中，真實且有意義.

圖2 “隱身屋”

圖3

圖4

2.2 融合線上線下，進(jìn)行概念初探

線上線下融合教學(xué)，即教師通過教學(xué)平臺發(fā)布數(shù)字化學(xué)習(xí)資源和測驗，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上按照要求對基礎(chǔ)知識進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，然后教師在線下課堂中進(jìn)行面對面交流，以解決課程中的難點問題.這種教學(xué)模式結(jié)合了線上教育和線下教育的優(yōu)點，把時間和空間兩種學(xué)習(xí)途徑融合為一體.該模式在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，并且大大提高課堂效率，用較少的時間完成概念初探.

（1）線上自學(xué)，挖掘盲區(qū).

在本節(jié)課的設(shè)計中，筆者首先就全反射中涉及的基本概念：光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)、全反射、臨界角等以及全反射的應(yīng)用進(jìn)行微視頻制作，繼而設(shè)計預(yù)習(xí)檢測題.

題① 下列說法正確的是

（A）因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質(zhì).

（B）因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質(zhì).

（C）在岸上能看見水中的魚是因為全反射的原理.

（D）同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大.

題② 關(guān)于全反射，下列說法中正確的是

（A）發(fā)生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線.

（B）光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射.

（C）光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，不可能發(fā)生全反射.

（D）光的入射角必須小于臨界角才可能發(fā)生全反射.

題③ 光線從折射率為（ ）的介質(zhì)中射向空氣，如果入射角為60°，下列光路可能的是

題④ 空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖5所示.方框內(nèi)有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡.圖6給出了兩棱鏡的4種放置方式的示意圖.其中能產(chǎn)生圖中效果的是

圖5

圖6

統(tǒng)計并分析表1的數(shù)據(jù)得到學(xué)生對于基本知識已經(jīng)掌握，再結(jié)合課標(biāo)要求確定本節(jié)課還需重點講解的知識有：① 全反射的條件；② 臨界角的計算及靈活應(yīng)用；③ 全反射應(yīng)用實例的光路分析.

表1

（2）線下研討，初探概念.

鑒于線上學(xué)習(xí)的前提下，筆者在線下教學(xué)中有針對性的設(shè)計了3個內(nèi)容：① 通過投屏演示“全反射實驗”，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直邊上，在玻璃與空氣的界面上會發(fā)生反射和折射，逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化，從而總結(jié)全反射的條件，如圖7所示；② 結(jié)合板書，根據(jù)光路的可逆性，推導(dǎo)臨界角的表達(dá)式；③ 介紹全反射在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用，比如演示光導(dǎo)纖維（如圖8），介紹光纖通信、內(nèi)窺鏡和全反射棱鏡等.

圖7 觀察全反射現(xiàn)象

圖8 光導(dǎo)纖維

經(jīng)過該環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對全反射相關(guān)知識有了較全面的認(rèn)識，基本實現(xiàn)了概念初探.在過程上依托線上平臺將線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和線下課堂學(xué)習(xí)進(jìn)行深度融合，既實現(xiàn)教學(xué)相長和教學(xué)評價多元化，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的信息素養(yǎng).

2.3 圍繞驅(qū)動問題，開展深入研究

在微項目式學(xué)習(xí)課題的課堂研究中，教師精心設(shè)計的驅(qū)動性問題和課堂教學(xué)組織是完成項目研究的關(guān)鍵.筆者在課堂的最初就提出了本節(jié)課的驅(qū)動問題：制作“隱身裝置”，課堂第二環(huán)節(jié)的概念初探，給學(xué)生提供了知識基礎(chǔ)，降低項目探究的難度，為學(xué)生進(jìn)行該項目的繼發(fā)研究搭建了學(xué)習(xí)腳手架.此外，筆者進(jìn)行分組探究時給每一小組提供制作“隱身裝置”的導(dǎo)學(xué)案，為項目的完成提供進(jìn)一步的保障.項目開展具體如下.

（1）分工合作，深入探究.

筆者將學(xué)生每6個人分成一個小組，明確每位學(xué)生的職責(zé)（組織者、操作者、觀察者和記錄者），并給學(xué)生提供了可供使用的器材：底板、背景物體、4個等腰直角三棱鏡、固體膠棒（用于被隱身的物體）和雙面膠（用于固定器材）等.首先引導(dǎo)學(xué)生在導(dǎo)學(xué)案繪制“隱身裝置”中4個等腰直角三棱鏡可能的擺放位置，繼而按照繪制的擺放圖動手實驗，驗證自己的想法（如果不能實現(xiàn)則及時調(diào)整方案），并且將裝置固定好，如圖9所示.此外還要求學(xué)生在解決驅(qū)動問題的基礎(chǔ)上，填寫“隱身”裝置說明書，如圖10所示，解決目前許多課堂教學(xué)和生活應(yīng)用相脫節(jié)的實際問題.

圖9 導(dǎo)學(xué)案

圖10 “隱身裝置”說明書

（2）上傳作品，績效評估.

通過投屏軟件，教師在課堂巡視的過程中可以實時呈現(xiàn)各小組的探究進(jìn)程以及過程中遇到的問題，實現(xiàn)生生、師生之間共同的研討，評估方案的可行性和科學(xué)性，協(xié)助小組完善實驗設(shè)計并最終通過平板電腦上傳每個小組的項目成果，為接下來的評估做好準(zhǔn)備.學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式很大程度取決于評估，所以績效評估對學(xué)習(xí)效果非常重要，項目式學(xué)習(xí)的評估方法一般采用小組自評、互評和教師評議相結(jié)合進(jìn)行，小組成員的自評或小組間的互評需要建立在教師根據(jù)成員角色及分工情況擬定的評估依據(jù)上，本文采用的評估依據(jù)如表2.表2僅是制作評價軟件的依據(jù)，實際授課中教師和每個小組都有一個平板電腦，可以上傳或查閱各小組的項目成果的照片或者視頻，并且直接在平板上進(jìn)行評分，自動計算評分結(jié)果.

表2 項目成果評分表

（3）項目展示，心得匯報.

為了檢測評價的客觀性兼顧課堂的時效性，可以選擇評分較高的1-2個小組進(jìn)行展示匯報，其他小組可以補(bǔ)充、提問或者質(zhì)疑.一方面培養(yǎng)學(xué)生的歸納、演講和辯證批判的能力，另一方面也幫助沒有完成項目學(xué)習(xí)的小組完成學(xué)習(xí)內(nèi)容.筆者結(jié)合自評、互評和師評的結(jié)果，抽取分?jǐn)?shù)最高的小組就“隱身裝置”進(jìn)行展示，并詳細(xì)介紹“隱身裝置”的說明書.該環(huán)節(jié)能有效培養(yǎng)學(xué)生合作交流、準(zhǔn)確表達(dá)、評估和反思項目探究的過程與結(jié)果的能力，落實提高學(xué)生的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目的.

圍繞驅(qū)動問題進(jìn)行深入探究，不僅能深化對概念的理解，同時提高學(xué)生的實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實證據(jù)的習(xí)慣，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.分組開展研究的過程能充分激發(fā)每個組員的學(xué)習(xí)動機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊意識和學(xué)習(xí)的主動性，變革傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)方式.

2.4 實施多維檢測，進(jìn)行評價反饋

微項目式學(xué)習(xí)是一種教學(xué)手段或途徑，經(jīng)過項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生的操作能力、交流能力等非智力因素能得到不同程度的提升.但教學(xué)評價是以教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，為了檢測學(xué)習(xí)的達(dá)成目標(biāo)和項目式學(xué)習(xí)的效果，筆者認(rèn)為課堂上除了診斷性評價，還可以結(jié)合形成性評價，實施多維評價，如果評價結(jié)果和預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)相符，則表明項目式學(xué)習(xí)是成功的.相反，教師則需要重新考慮教學(xué)目標(biāo)的適當(dāng)性或者該途徑的有效性，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)過程.在該案例中，筆者在課堂的最后進(jìn)行了形成性評價，布置3道習(xí)題，具體如下.

題① （單選）已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下幾種方式傳播，不可能發(fā)生全反射的是

（A）從玻璃射入水晶.

（B）從水射入二硫化碳.

（C）從二硫化碳射入水晶.

（D）從水晶射入水.

題② （單選）空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖11所示.方框內(nèi)有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡.圖12給出了兩棱鏡的4種放置方式的示意圖.其中能產(chǎn)生圖中效果的是

圖11

圖12

題③ （單選）為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目，某同學(xué)在半徑為r的圓形薄軟木片中心垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖13所示.已知水的折射率為，為了保證表演成功（在水面上看不到大頭針），大頭針末端離水面的最大距離h為

圖13

筆者采用了反饋器實時收集診斷學(xué)生的答題情況，第1題正答率為95.2%，說明大部分學(xué)生對于基本概念的掌握是到位的.第2題與預(yù)習(xí)檢測題第4題是同一個題目的二次測試（選項發(fā)生了變化），課前測試學(xué)生的正答率為69.0%，第2次的測試正答率為97.6%，學(xué)生基本掌握，說明學(xué)生對于全反射的應(yīng)用有所提高，微項目式學(xué)習(xí)的實施是成功的.但第3題學(xué)生的正確率只有52.4%，說明學(xué)生的知識層面仍存在漏洞，筆者緊接著采用了同儕教學(xué)法，讓學(xué)生進(jìn)行分小組討論，二次作答后正確率提升至90.5%，說明學(xué)生們基本掌握.緊接著從作答正確的學(xué)生中選出一人在講臺上進(jìn)行課堂分析，進(jìn)一步加深同學(xué)們的理解.

3 總結(jié)

CMPBL是一種新的教學(xué)模式，具有結(jié)構(gòu)整體化、過程情景化、層次深度化和引導(dǎo)自主化等特點，在實際教學(xué)中仍處于嘗試應(yīng)用階段，但其教學(xué)效果十分明顯.通過建設(shè)開展CMPBL課程，讓學(xué)生圍繞驅(qū)動問題，進(jìn)行概念初探，繼而進(jìn)行深層次研究，能使學(xué)生有效學(xué)習(xí)以及深度理解概念，培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生思維能力及提升學(xué)生物理核心素養(yǎng).最后，通過建立形成性評價系統(tǒng)，保證微項目式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效果，實現(xiàn)自檢和及時的自我調(diào)整.值得一提的是，信息技術(shù)的快速發(fā)展以及與學(xué)科的深度融合的不斷成熟，比如本節(jié)課的所提到的線上線下融合教學(xué)、投屏技術(shù)、成果上傳及評分系統(tǒng)和反饋器等技術(shù)手段，為開展和推進(jìn)微項目式學(xué)習(xí)提供了可能和更好的實現(xiàn)效果.因此在新時代的背景下，為了落實學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，CMPBL是值得物理教師們嘗試和完善的.