SNP教學(xué)模式在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘" "要：將SNP教學(xué)模式應(yīng)用于初中物理教學(xué)，以光的反射教學(xué)為例，針對傳統(tǒng)教學(xué)中同步培養(yǎng)建模與論證能力的不足，在教學(xué)過程中結(jié)合模型建構(gòu)與科學(xué)論證，進(jìn)行基于SNP教學(xué)模式的物理教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，以此更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)建模和科學(xué)論證能力。

關(guān)鍵詞：SNP教學(xué)模式；光的反射；模型建構(gòu)；科學(xué)論證

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》[ 1 ]明確提出，科學(xué)思維包括模型建構(gòu)和科學(xué)論證這兩大要素，因此如何在初中物理教學(xué)中同時發(fā)展學(xué)生科學(xué)建模與科學(xué)論證的能力進(jìn)而培養(yǎng)他們的科學(xué)思維，值得教師深入研究。Science Negotiation Pedagogy（簡稱SNP）教學(xué)模式是Chen等人借鑒了論證探究式教學(xué)模式（the Scinence Wriritig Heuristic approach，簡稱SWH）[ 2 ]和科學(xué)寫作教學(xué)模式（the Argumcnt-Driven Inquiry，簡稱ADI）[ 3 ]，與NC[ 4 ]模式（the Negotiation Cycle，簡稱NC）相互融合后加入書面與口頭論證而形成的一種整合建模和論證的滲透式教學(xué)模式。在美國開展的SNP教學(xué)模式的課堂實(shí)證研究表明，SNP教學(xué)模式不僅可以提高學(xué)生的建模和論證能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維[ 5-7 ]。在2018年，弭樂和郭玉英教授將SNP教學(xué)模式引入國內(nèi)，并基于該模式開展中學(xué)物理教學(xué)研究[ 8 ]。隨后，研究者在中學(xué)物理教學(xué)方面開展相關(guān)研究[ 9-11 ]，但大多局限于高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)。文章以初中物理“光的反射”為例，將SNP教學(xué)模式融入課堂教學(xué)，讓學(xué)生體驗(yàn)運(yùn)用建模與論證的過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)建模與科學(xué)論證能力，希望為我國開展相關(guān)物理教學(xué)實(shí)踐提供一些參考。

1" SNP教學(xué)模式簡介

SNP教學(xué)模式主要由科學(xué)模型和科學(xué)論證兩部分構(gòu)成，其理論框架如圖1所示。教師以大概念（學(xué)科核心概念）為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題，然后學(xué)生以小組合作方式，依據(jù)他們現(xiàn)在所儲備的知識和資料構(gòu)建以簡圖或數(shù)學(xué)關(guān)系等表征的科學(xué)模型，再通過師生、生生間的論證對模型中的不足進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過建模與論證的多次循環(huán)交互過程，推動學(xué)生科學(xué)建模與科學(xué)論證能力的發(fā)展。

在SNP教學(xué)模式理論框架下，按表1所示的六個步驟開展建模與論證相結(jié)合的教學(xué)活動[ 12 ]。

下面以魯科版八年級初中物理“光的反射”為例，按照表1的六個步驟介紹SNP教學(xué)模式在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究。

2" SNP教學(xué)模式在物理教學(xué)中的應(yīng)用

2.1" 創(chuàng)設(shè)驅(qū)動問題

以射擊游戲進(jìn)行開場，第一次讓學(xué)生利用激光筆打靶，并說出原理：光沿直線傳播。第二次要求學(xué)生借助平面鏡打靶，從而引入光的反射，并明確入射光線、反射光線、入射點(diǎn)這些相關(guān)要素，然后讓學(xué)生根據(jù)游戲過程猜測反射光線的位置，最終確立驅(qū)動問題——反射光線的位置與什么有關(guān)？

設(shè)計(jì)意圖：通過借助平面鏡打靶的游戲，激發(fā)學(xué)生了解光反射現(xiàn)象的興趣，并讓學(xué)生意識到反射光線的位置是有規(guī)律的，從而提出驅(qū)動問題：反射光線的位置與什么有關(guān)？當(dāng)學(xué)生明確課堂重點(diǎn)后，引導(dǎo)他們思考與討論驅(qū)動問題，使學(xué)生學(xué)習(xí)過程更具針對性。

2.2" 初步構(gòu)建模型

教師先大致了解學(xué)生認(rèn)為影響反射光線位置的因素有哪些，總結(jié)如下：光的強(qiáng)弱、入射光線、入射點(diǎn)。讓學(xué)生確定好一個討論的主題：探究反射光線位置與入射光線的關(guān)系，學(xué)生分組進(jìn)行探究，其它的因素就以這個為例，課后再進(jìn)行討論。

此時學(xué)生思路比較模糊，教師要逐步進(jìn)行引導(dǎo)。

師：想要證明兩者之間是否有關(guān)系，最直接的證明方式是什么？

生：一個量改變或者消失，看另一個量是否發(fā)生改變。

師：那改變了入射光線就要觀察反射光線的位置，能直接看到反射光線嗎？不能的話，怎樣才能看到？

教師為每組學(xué)生分發(fā)如表2所示的導(dǎo)學(xué)案和如圖2依次展示的實(shí)驗(yàn)器材。為克服常規(guī)儀器入射光線只能在白屏所在的平面內(nèi)改變?nèi)肷浣堑娜秉c(diǎn)，特地選用透明亞克力半球殼來進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

此過程中，教師可進(jìn)行適當(dāng)點(diǎn)撥：入射光和反射光可以重合嗎？在什么位置入射光與反射光重合？保持入射點(diǎn)（平面鏡圓心）不變，當(dāng)入射光從入射光和反射光的重合位置（即半球殼的中心軸線）發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn)時，反射光是怎么變化的？要求學(xué)生每次照射激光時沿著半球殼觀察一圈，觀察反射光與入射光所在的平面與鏡面的位置關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：利用一系列引導(dǎo)問題，為學(xué)生提供有效的指引，幫助學(xué)生利用半球殼等實(shí)驗(yàn)器材構(gòu)建光的反射模型，讓學(xué)生全面了解三維空間內(nèi)光的反射現(xiàn)象，為后續(xù)引入法線進(jìn)行鋪墊，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)建模能力。

2.3" 初步論證模型

向?qū)W生提供論證指導(dǎo)（表3），并通過提問來監(jiān)控學(xué)生論證進(jìn)度。例如“保持入射點(diǎn)不變，入射光從半球殼中心軸線處發(fā)生移動時，反射光線和入射光線有怎樣的位置關(guān)系？”

此外，教師還需了解各小組論證的優(yōu)缺點(diǎn)，確保學(xué)生的模型、證據(jù)以及主張的一致性，學(xué)生根據(jù)論證指導(dǎo)進(jìn)行書面論證，構(gòu)建初步的論證觀點(diǎn)，并展示其論證結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生依靠科學(xué)論證指導(dǎo)和教師引導(dǎo)進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)并推理，針對反射光線和入射光線的關(guān)系提出合理的猜想與假設(shè)，完成書面論證，有助于提高學(xué)生的探究意識和邏輯推理能力。

2.4" 討論與修正模型

請兩組代表上臺展示其構(gòu)建的光的反射模型，并闡述如何確定反射光線，未登臺組則仔細(xì)傾聽，尋找不合理之處并提出質(zhì)疑。登臺組收到其他組的反饋后對模型進(jìn)行改進(jìn)與完善，教師也要參與討論，給予反饋，輔助學(xué)生解決難點(diǎn)問題。

以光的反射為例，將兩組學(xué)生的書面論證情況展示在表4中。

對小組1構(gòu)建的模型及觀點(diǎn)展開討論。

學(xué)生1：我不認(rèn)同反射光線和入射光線關(guān)于半球殼的中心軸線對稱，你們沒有證據(jù)證明軸對稱。

小組1回答：可以看到反射光線、入射光線與半球殼的中心軸線之間的夾角是同增同減的，且他們之間的夾角是差不多的。

學(xué)生2：差不多并不代表就是相等的，要經(jīng)過測量才可以。

小組1回答：那我們測量以后再給出結(jié)論。

師：你們只能證明反射光線、入射光線與半球殼的中心軸線之間的夾角是同增同減，要想證明軸對稱，得測量出反射光、入射光與半球殼中心軸線的夾角，然后得出相應(yīng)的結(jié)論。

針對小組2構(gòu)建的模型及觀點(diǎn)展開討論：

學(xué)生3：為什么你的這個模型能證明反射光線和入射光線在同一平面上？

小組2回答：環(huán)繞半球殼一周，發(fā)現(xiàn)從特殊角度可以看到反射光線與入射光線重疊了。

最后教師進(jìn)行引導(dǎo)：保持入射點(diǎn)（平面鏡圓心）不變，不斷改變?nèi)肷涔饩€的方位，反射光與入射光構(gòu)成的平面會變嗎？這些平面又有什么共同點(diǎn)？引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)這些平面都相交于半球殼的中心軸線后，引入法線、反射角與入射角。用另外一把激光筆照射出半球殼中心軸線，讓學(xué)生環(huán)繞半球殼一周，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：當(dāng)在側(cè)面的某兩特殊方向觀看時，可看到如圖3（a）所示的一根線的現(xiàn)象，即三線重疊；而其他方向均可看到如圖3（b）所示的反射光線、入射光線和法線三條光線。由此引導(dǎo)學(xué)生得到反射光線、入射光線、法線三線共面。

全班討論后，逐步形成統(tǒng)一的觀點(diǎn)：反射光線與入射光線、法線在同一平面內(nèi)，反射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)，反射角與入射角同增同減。

在借鑒丁珂等人關(guān)于SNP教學(xué)模式的想法[ 9 ]基礎(chǔ)上，制成如表5所示的SNP教學(xué)模式下“光的反射”的論證水平評價標(biāo)準(zhǔn)，為教師和學(xué)生在此過程中的論證水平進(jìn)行評價和監(jiān)測。

設(shè)計(jì)意圖：通過組內(nèi)、組間討論和教師的引導(dǎo)，學(xué)生在半球殼內(nèi)進(jìn)行光的反射規(guī)律探究實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生觀察到三維立體的光的反射現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生理解三線共面，而引入法線是為了更好地探究與描述光的反射規(guī)律。學(xué)生圍繞模型展開辯論和論證，能夠培養(yǎng)他們的口頭表達(dá)能力和科學(xué)論證能力。

2.5" 咨詢“專家”

“專家”主要是指教師、參考書、網(wǎng)絡(luò)資源等，當(dāng)學(xué)生把自己完善后的結(jié)論與書本上的結(jié)論對比，發(fā)現(xiàn)欠缺反射角與入射角相等的模型與論證。這時，作為課堂里的“專家”——教師，順勢引入光的反射演示儀——將光的反射在平面內(nèi)演示而制作的儀器，引導(dǎo)學(xué)生定量去探究反射角與入射角的關(guān)系，最后得出反射角等于入射角的結(jié)論。

再讓學(xué)生思考：如何利用光的反射演示儀驗(yàn)證三線共面？對于常見的光的反射演示儀，是將光屏中的反射區(qū)域折轉(zhuǎn)，使學(xué)生觀察不到反射光線，以此證明三線共面，但容易誤導(dǎo)學(xué)生以為此時未發(fā)生光的反射。為了解決此問題，筆者將光屏上的反射區(qū)域AB部分向后折，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)如圖4（a）所示的反射光線仍存在，但只在入射光線與法線所在平面上顯現(xiàn)，即看到如圖4（b）所示的OA部分反射光，而在光屏的折轉(zhuǎn)區(qū)域AB上觀察不到反射光線，由此驗(yàn)證三線共面。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生找出與標(biāo)準(zhǔn)模型和論證的差距后，不再盲從，而是帶著問題進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)尋找證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識與質(zhì)疑精神。教師作為課堂的“專家”，通過引入光的反射演示儀，將立體空間內(nèi)的光的反射轉(zhuǎn)化為平面內(nèi)的實(shí)驗(yàn)，既方便定量探究反射角與入射角的關(guān)系，也讓學(xué)生思維也從三維立體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S平面，從而提升學(xué)生的抽象思維能力。

2.6" 反思性寫作

教師與學(xué)生一起回顧探究過程后，學(xué)生以書面方式反思和總結(jié)建模、論證學(xué)習(xí)過程，即他們是如何一步步探索光的反射，并將所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)整合，由此幫助學(xué)生理解、整合概念。為了更好地反映學(xué)生在建模及論證過程中所學(xué)習(xí)到的具體知識和科學(xué)思維方法，以及評價學(xué)生反思和概念理解情況，編制了如表6所示的反思性寫作，進(jìn)而確定是否需要采取補(bǔ)充教學(xué)。

設(shè)計(jì)意圖：進(jìn)行反思性寫作，有利于學(xué)生對光的反射定律的深入理解，建立清晰的光的反射規(guī)律的概念，在反思自己不足的同時，鍛煉書面表達(dá)能力，提高書面論證能力。

3" 總結(jié)

本節(jié)課基于SNP教學(xué)模式對“光的反射”這節(jié)課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：學(xué)生以小組合作探究反射光線與入射光線之間的關(guān)系，經(jīng)歷較為完整的建模與論證過程，能夠培養(yǎng)學(xué)生建模及論證能力。但在實(shí)施中，學(xué)生對建模比較陌生，教師要耗費(fèi)大量時間去引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模，因此，在初步構(gòu)建模型這一步驟中要注意，盡可能考慮到學(xué)生可能會出現(xiàn)的情況，明確指向問題；而且在分組中要盡可能把能力較弱的學(xué)生和能力較強(qiáng)的學(xué)生分在同一組，進(jìn)一步提高SNP教學(xué)模式的實(shí)用性。

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