基于做中學理念提升學生學科素養的物理活動設計*

摘? 要? 讓學生經歷照相機、投影儀的成像模擬過程，在活動中理解物理知識，發展科學思維，在潛移默化中形成科學態度和責任，在學習與思辨中形成對事物本質和內在規律的認識。

關鍵詞? 做中學理念；教育重演理論；物理；透鏡

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）17-0141-03

0? 引言

教育重演理論指出，現代學生的學習過程是對人類文化發展過程的一種認知意義上的重演，即現代人的認知發展是對其祖先認知水平長期演化過程的濃縮。學生在學習物理生活生產應用方面的知識時，從“未知”達到“真知”，需要經歷一定的學習過程，而這一過程以濃縮時空的形式，短暫而迅速地重演著人類漫長的認識發展過程[1-2]。

“生活中的透鏡”選自魯科版物理八年級上冊第四章“透鏡及其應用”的第三節，以照相機、投影儀、放大鏡為例來教學透鏡成像規律在生活中的應用。筆者在教學中讓學生模擬制作照相機、投影儀，重演科學家所做的實驗，像物理學家一樣思考，使學生在重演科學探究的過程中掌握科學思維方法[3]，在活動中形成物理觀念，發展科學思維，培養科學態度和責任觀，感受物理之趣和物理之美。

1? 傳統教學存在的問題

“生活中的透鏡”是在進行“凸透鏡成像規律”探究課之后安排的一節內容，包括照相機、投影儀、放大鏡三部分內容。筆者在多年的教學中發現，多數教師在處理本節內容時存在以下兩種情況。

1）有的教師將本節課與“凸透鏡成像規律”的復習鞏固課合并進行，在復習提問凸透鏡成像規律時，指出投影儀、照相機的成像就是對這些規律的具體應用。這樣的教學是讓學生對凸透鏡成像規律應用的死記硬背，不能有效培養學生的學習興趣。

2）有的教師照本宣科將本節內容快速講授完成，然后讓學生進行大量的習題訓練。這樣簡單粗暴的教學方式，無法讓學生主動進行知識建構，更談不上體驗探索和發現的喜悅，難以感悟科學方法、培養創新能力。

2? 基于做中學理念的創新教學活動設計思路

筆者在教學中以教育重演理論和做中學理念為支撐，通過設計系列學生活動，讓學生在活動中體驗這些設備對光學原理的應用，使學生通過意義建構理解所學內容，并適時與現代生活中的透鏡應用建立聯系，真正體會物理的用處。按照“需要—原理—應用”的思路，感受“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念[4]。

3? 基于做中學理念的創新教學活動設計過程

“生活中的透鏡”包括照相機、投影儀、放大鏡三部分內容。因為老式的照相機和投影儀最能直觀體現其成像原理，所以教材中介紹的照相機、投影儀都是老式儀器。但由于老式的照相機和投影儀與學生日常生活中見到的照相機、投影儀構造不同，因此，教學內容與學生生活嚴重脫節。這就要求教師在教學中解決教材中的素材與學生認知不對等的矛盾。基于此，教師在教學中應先讓學生理解照相機、投影儀、放大鏡的成像原理，再及時介紹透鏡成像規律在現代生活中的應用，方能體現課程標準“從生活走向物理”的課程理念，讓學生感受科技發展給生活帶來的影響[4]。

教學重點：照相機、投影儀、放大鏡成像原理。

教學難點：照相機、投影儀、放大鏡成像調節方法。

課堂準備：透鏡、帶槽的圓紙筒、臨摹紙、橡皮筋、強光手電筒、塑料片做的數字“7、5、3”。

3.1? 基于做中學理念的照相機的學習

3.1.1? 借助照相機發展史了解照相機的起源與變遷

環節1：教師利用課件（圖1）與學生一起回顧照相機的起源

公元前五世紀，我國的《墨經》一書詳細記載了世界上第一個小孔成像的實驗，這是人類最早對于像的記錄，它為照相機、錄像機等現代高科技儀器的發明創造奠定了光學理論基礎。宋代，沈括所著的《夢溪筆談》中敘述了小孔成像匣的原理。16世紀文藝復興時期，歐洲出現供繪畫用的成像暗箱。1839年，法國畫家達蓋爾公布了他發明的銀版攝影術，并制成世界上第一臺可攜式木箱照相機。

環節2：播放照相機變遷的視頻。

【設計意圖】通過照相機發展史的引入，使學生意識到科技的發展是因為需要而在不斷地革新，培養學生對生活中物體進行創新的意識。同時指出《墨經》中的小孔成像為照相機的發展奠定了光學理論基礎，讓學生認識到我國祖先在成像方面的研究早于其他國家，自然而然地產生一種民族自豪感和文化自信，在課堂教學中進行情感滲透教育。

3.1.2? 經歷制作過程，體悟照相機原理

教師給學生提供凸透鏡、凹透鏡、帶槽的圓紙筒、臨摹紙、橡皮筋等器材，讓學生從兩種透鏡中挑選一個組裝模擬照相機，探究哪種透鏡能使屏幕上的孫悟空成像在臨摹紙上，并嘗試改變臨摹紙上孫悟空像的大小。學生將凸透鏡和凹透鏡放在圓紙筒中，通過實踐發現，凹透鏡不能在臨摹紙上成像，凸透鏡可以在臨摹紙上成像。通過此探究過程，讓學生了解照相機的鏡頭為凸透鏡而不是凹透鏡。成像后，教師借助此簡易照相機對應講解什么是照相機的暗箱，并提出問題：如何操作可以使所照的像變大？學生通過實踐探究發現：要想使臨摹紙上孫悟空像變大，需要靠近屏幕，并適當將凸透鏡遠離臨摹紙。通過此活動，讓學生深入理解照相機要想成像變大，需要將照相機靠近物體，同時將暗箱拉長。

【設計意圖】讓學生通過自己動手組裝模擬照相機以及改變所成像的大小等，探究照相機的成像原理和成像大小調節方法，在實踐中培養動手能力，同時意識到照相機成像的主要部件是凸透鏡。在尋找稍大點兒像和稍小點兒像的過程中，讓學生自主建構知識，進一步理解“物距變小，像距變大，像變大”的凸透鏡成像規律。

3.1.3? 聯系生活實際，感受科技發展

照相機成像探究活動結束后，教師并沒有立刻結束有關照相機的學習，而是拿出一個老式照相機和膠卷（已使用），讓學生觀看并介紹照相機的構造，對比介紹數碼照相機。進而告訴學生，隨著科技的發展，現在手機也有了照相功能，且正在逐漸替代照相機，然而無論怎樣更新換代，它的成像原理是不變的，改變的僅僅是成像形式，并讓學生觀看有關照相機發展的視頻。教師進一步指出，隨著科技的進步，人們已經不滿足于靜態的畫面記錄，而是希望能有動態的畫面記錄，從而引出攝像機，并介紹攝像頭在交通、學校中的廣泛應用。

【設計意圖】學生日常生活中見到的照相機與教材中介紹的照相機構造不同，而且在生活中照相時看到的也不是倒立的像，這樣的生活經驗與學生的學習產生嚴重的認知沖突。通過對比介紹老式照相機和數碼照相機，解決學生的認知沖突，同時讓學生意識到凸透鏡成像規律在生活中應用非常廣泛，感受物理與生活密不可分。

3.2? 基于做中學理念的投影儀學習

3.2.1? 模擬投影儀，體悟逆向思維

在學習完照相機后，教師提出問題：“記錄下來的圖像非常小，不方便觀看，請大家思考，如何才能將記錄下的照片放大后觀看呢？”學生回答：“像放電影那樣觀看。”教師對學生的回答給予肯定，同時提出問題：“你能用老師準備的器材（強光手電筒、塑料片做的數字、透鏡）將數字放大后投放到墻上嗎？”教師提出問題后，立刻引起學生強烈的探究欲望。學生在探究時，最先想到的是用強光手電筒直接照數字，在墻上會看到數字“7、5、3”的影子。教師適時引導學生思考：“墻上的‘數字是像嗎？”學生通過思考后，意識到是影子而不是像。教師進一步引導學生思考：“如何才能在墻上得到像呢？可以借助什么儀器？”通過交流，學生認識到可以利用凸透鏡成放大像的規律，借助凸透鏡就可以做到。于是，學生將數字和強光手電筒組裝好（圖2），再在手電筒和墻壁之間放凸透鏡，這樣一個簡易的模擬投影儀就做成了。學生將數字投影到墻上，通過改變凸透鏡和強光手電筒之間的距離，會直觀地感受墻上數字大小的改變；而且通過旋轉數字的倒正，可以改變墻壁上數字的呈現樣式。這樣的探究活動讓學生直觀感受投影儀的成像原理，并在這個過程中感受如何調節讓像變得更大，如何擺放數字讓數字按常規書寫的樣式呈現在墻上（圖3）。

【設計意圖】學生已有光路可逆的知識背景，結合透鏡成像實驗和放電影的生活經驗，用問題引領學生思考，訓練學生利用逆向思維解決問題的能力。讓學生動手組裝簡單的投影儀，在實踐中了解投影儀的構造，直觀感受投影儀的成像原理，提升問題解決能力、協作能力和動手操作能力。

3.2.2? 實物展示，突破教學難點

學生動手模擬投影儀后，教師再給學生呈現一個與課本插圖一致的老式投影儀，向學生介紹它的構造，并演示它的成像情況：先將投影儀上的平面鏡旋轉90°，讓學生觀察沒有平面鏡時投影儀的成像情況，發現像成在天花板上；學生實際觀看天花板上物體的像，體會到這樣看像非常不方便。教師隨機提出問題：“如何讓像成在豎直的墻壁上而不是天花板上？”學生苦思冥想而不得結果，這時教師不需要講解，只需要慢慢旋轉平面鏡，就會讓學生看到天花板上的像正慢慢轉移到前面的墻壁上。像的移動引來學生的驚嘆聲，有了這樣的體驗，學生對于平面鏡的作用這一難點就可透徹理解。這一展示不僅給學生留下深刻印象，還讓學生進一步理解了平面鏡會改變光的傳播路徑。至此，投影儀的教學并沒有結束，教師要介紹現代的數字投影儀、實物投影儀在生活生產中的應用，如商家利用投影儀投在地上、墻壁上的廣告，景點播放的水幕電影等。

【設計意圖】利用投影儀的具體操作演示突破學生對投影儀上平面鏡作用的理解這一難點。視頻播放投影儀在現代生活中的實際應用，一方面讓學生知道物理在生活中應用的廣泛，科技發展能帶給人們生活的便捷和美；另一方面讓學生意識到，生活中一些看似高深的現象，是可以用所學的物理知識來解釋的。

4? 結束語

科學教育的目標和作用包含三個層次：1）直接傳授知識；2）教會學生如何思維，激發學生的創造精神；3）教學生如何做人，培養其正確的世界觀、人生觀、價值觀，提高其文化素養[5]。教師在進行課堂教學時，要把文化的傳授和學習轉化成歷史上文化創造者和今天文化學習者之間的對話[5]，依托物理學史，潛移默化地進行科學方法和科學精神的教育，在教學中重演知識發生的過程，促進學生深度學習。

參考文獻

[1] 任虎虎.培育物理學科核心素養的“五位一體”教學策略[J].中學物理，2017（7）：17-19.

[2] 任虎虎，趙強.淺談教學重演律的教育價值與實施策略[J].物理之友，2016（10）：9-11.

[3] 吳洪文，夏良英.重演知識發生過程 促進物理深度學習：以“運動的描述”教學為例[J].物理之友，2021（5）：1-3，6.

[4] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2001年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2016.

[5] 申先甲，李艷平，劉樹勇，等.談談物理學史在素質教育中的作用[J].大學物理，2000（11）：36-40.

*項目來源：山東省淄博市教育科學“十三五”規劃重點課題“初中物理教學中滲透物理學史的實踐研究研究總報告”（課題編號：2019ZJZ008）。

作者：胡青云，淄博市周村區教育教學研究室，一級教師，研究方向為物理課堂教學有效策略（255300）。