物理教學中的自組織轉變
——以“平面鏡成像的特點”教學為例

張婷玉

(北京市陳經綸中學本部初中,北京 100021)

“平面鏡成像特點”一節是典型的實驗探究課，通過本節課的學習，讓學生經歷一個完整的實驗探究過程，掌握探究過程背后所隱含的科學方法。筆者依據自組織轉變理論，針對學生的思維障礙點，提出彰顯物理教學邏輯的教學設計。

1 傳統教學的困境

“平面鏡成像的特點”一節，前承“光的直線傳播”與“光的反射”，后啟“凸透鏡成像規律”，是相關光現象知識的應用，通過本節課的學習，讓學生習得實驗探究方法，為探究凸透鏡規律夯實基礎。

傳統教學對本節課的處理存在一定的問題。首先，提到平面鏡成像時，學生習慣于用生活中的鏡子作為器材來探究本實驗，鏡子雖成像清晰，但像的位置難以確定，實驗設計中引導學生利用玻璃板代替平面鏡是本節課的難點。在傳統教學中，教師會將這一方法直接向學生陳述，學生并未深刻理解，為了應付考試學生只能死記硬背。其次，實驗教學注重學生親歷探究過程，在學習過程中探究規律，這就要求教學在生態化的環境中構建生命課堂。傳統教學以講授為主，學生的主體地位得不到體現，課堂呆板無趣，難以激發學生的學習興趣。由此，在開放性的環境下將知識、信息不斷向結構化、有序化的方向發展，由被組織向自組織轉變就顯得尤為重要。

2 體現生命課堂的教學設計

自組織轉變理論認為：學習者系統屬于自組織系統。在學習的過程中，知識的獲取不能靠教師的簡單傳授，應是學習者“自組織”的結果。這一過程不是學習者獨立能完成的，需要教師的引導與外部環境的協同，形成有序躍遷的交互，[1]這就需要教師在教學中為學生自組織系統的自我生成創造良好的外部條件，以更好地促進教學活動的有效開展。筆者將“平面鏡成像特點”的教學分為三個環節。

2.1 被組織：如何確定像的位置

在本環節中教師鋪設教學情境，開展教學活動。學生在教師的引導下，漸入問題情境，教師提出問題，引發學生的思考。

教師引導：我們通過畫光路圖學習了平面鏡成像的原理，當我們把一支蠟燭放在鏡子前，可以在鏡子里看到另外一支“蠟燭”，這是什么現象？學生已經學習了“光的反射”及“平面鏡成像的原理”，回答：是光的反射現象。教師追問：鏡子里的“蠟燭”是實像還是虛像？為什么？學生回答：因為平面鏡所成的像是反射光線的反向延長線的交點，所成像是虛像。教師利用生活中的現象，幫助學生復習平面鏡成像原理，同時引出本節課所要研究的內容。

教師提出問題：結合我們平時照鏡子的經驗，你認為鏡前的蠟燭與鏡子里的“蠟燭”有什么關系？學生猜想：近大遠小，像和物到平面鏡距離相等，像與物的形狀相同……教師將學生的猜想分為兩大類：像的位置、像的大小(表1)。

表1

接下來我們的任務是通過實驗來驗證猜想，平面鏡所成的像是虛像，不能呈現在光屏上，確定像的位置是需重點突破的問題。

2.2 臨界狀態：用玻璃板代替平面鏡

德國物理學教授哈肯在研究由大量子系統構成的、相互間存在著復雜非線性相互作用的開放系統時提出了協同學理論。協同學采用序參量來描述一個系統的有序度，刻畫系統從無序向有序的轉變。

臨界狀態是指隨著教師講授及小組討論等教學活動的進行，學生的“序參量”的競爭逐漸被激化，當學生的“序參量”到達一定值時，某一序參量就會取勝，其他序參量隨之減退，最后由一種觀點主宰學生的認知結構，達到臨界狀態，實現科學思維能力從量到質的飛躍。

確定像的位置是教學的關鍵環節，在這一環節中，教師提出問題：如何確定像的位置？學生頭腦中必定出現大量的“序參量”，顯然鏡子不透光，即便學生應用“刻度尺”等實驗器材也很難確定像的位置。此時，少數的“序參量”必定支配學生的認知結構，如果鏡子能透光就好了，可是什么實驗器材既可以透光又可以成像呢？如果在嘗試“解決鏡子不透明”這一問題時，學生得到與實際不相符的結論，則需重新思考直至問題解決。此時學生的思維方式實現了質的突變，提出：用玻璃板代替平面鏡，不僅可以看到蠟燭所成的像，還可以透過玻璃板看到另外一支蠟燭，另一支蠟燭可用來確定第一支蠟燭所成像的位置。

教師提出問題：是否可以直接用鏡子前的蠟燭與鏡子里的“蠟燭”進行比較？如果不可以，應該怎么比較二者大小？請同學到講臺前操作，比較像與物的大小。學生在確定像的位置實驗操作過程中，不斷移動后面的蠟燭(圖1)，其他同學在不經意間發現：有一個位置，蠟燭剛好與第一支點燃的蠟燭所成的像重合，他們不難得出結論：可以用未點燃的蠟燭替代已點燃蠟燭的像，此時教師應該向學生強調其中隱含的科學方法——等效替代法。

圖1

2.3 自組織：實驗設計及評估

自組織是指在開放性教學環境下，通過學生與教師互動交流，學生自主發現、提出問題，問題不再由教師提出，使得學生原有的認知平衡被打破，系統偏離平衡態，使認知結構得到優化或變革，要求學生不滿足已有的知識結構，具有懷疑與批判精神。

此時教師放手讓學生設計實驗，提出實驗步驟，引導學生思考：若想比較像與物的大小，測出像距與物距的關系，應選擇什么實驗器材？學生發揮主觀能動性，此時教師需要前后巡視，進行個別輔導，表達對學生實驗設計的認可與建議，關注學生在課堂上的生成，組織教學從無序到有序轉變。

實驗設計完成后，學生自主實驗，教師巡視，與學生討論在實驗中生成的問題，如：后面的蠟燭是否需要點燃？為什么玻璃板所成的像有重影，應如何改進？蠟燭尺寸較大，如何標記？最后教師引導學生將實驗結果記錄在表格中，提出問題：根據表格中的數據，你能得出什么結論？在課上開展實驗交流、評估活動。

在交流、評估后，此時教師需要對學生的表現予以肯定，并順勢提出新問題，回到學生在實驗開展前的猜想上來，驗證猜想，得出實驗結論。此時學生完成了從被組織到自組織的轉變，指出實驗中存在的問題，自主解決問題。

3 教學反思

3.1 打破學生的思維定勢

本節課的關鍵是讓學生提出用玻璃板代替平面鏡的設計，“鏡子不透光，如何確定像的位置”的提問，成為學生遠離思維定勢、引發學生深入思考的關鍵。本節課中，學生為了解決這一問題，不得不搜腸刮肚，哪怕爭論得面紅耳赤，也要找出問題解決的方法，通過知識重構達到了訓練學生思維的目的，打破原有的思維定勢，隨著結論的浮現，也將“等效替代法”滲透到教學中。

3.2 注重教學中的分類方法

分類方法是根據問題本質屬性的不同，將研究對象分為不同種類來解決問題的方法。在本實驗中將學生的猜想，予以恰當分類，使得無序、雜亂的猜想明晰化。不僅將學生原本眾多的猜想進行歸納、分類，自然而然引出教學的重點問題，實驗教學任務得以順利完成，而且將分類方法自然融入到物理教學中，達到以點帶面、觸類旁通的教學效果，從而提高了學生應用科學方法解決問題的能力。

3.3 關注課堂問題的生成

學生是教學活動的主體，根據核心素養的培養要求，學生的學習方式應從被動接受式學習向主動獲取式學習轉變，在課堂上學生在“悟”中不斷生成新的問題。鑒于大部分初中生的思維尚未達到形式運算的水平，加之“探究平面鏡成像特點”的開放性，這就要求教師關注學生的認知現狀，選擇恰當的教學內容及提問方式，實現學生的思維由被組織達到臨界狀態，使其認知結構得到優化或變革，實現從被組織到自組織學習的飛躍。