“沉浸式体验”初中物理教学案例分析①
——以“探究平面镜成像特点”为例

潘 月

(江苏省南京市金陵中学溧水分校,江苏 南京 211299)

1 教学分析

1.1 教材分析

苏科版初中物理教材中“平面镜”包含两块内容,一是平面镜成像特点的探究活动,二是平面镜的应用。在第一板块中,教学重点是探究平面镜成像特点,教学难点是确定像的位置、比较像与物的大小、理解虚像的概念。围绕该板块,教师教学用书给出的教学目标是:经历探究平面镜成像特点的过程,培养通过观察提出假想、制定探究计划、动手操作、收集证据和分析概括等方面的研究能力;在活动中,学会与他人分享探究成果,并初步养成甄别假设、调整探究计划的意识;体验克服困难、解决问题的喜悦,进一步激发对平面镜成像原理的好奇心和求知欲。[1]

1.2 现状分析

有的教师在探究平面镜成像特点的教学中,对重难点中“确定像的位置”和“比较像与物的大小”的处理往往节奏过快、过于简单。比如只说明可以“用茶色玻璃板代替平面镜”,如果平面镜不行,那生活中更为常见的透明玻璃板是否可以?是否也应该让学生探究一下、体验一下呢?毕竟在学生的生活经验中,茶色玻璃板是极为少见的。再比如为了比较棋子A的像与物的大小关系,需要选择和棋子A完全相同的棋子B进行研究,为什么要选用相同的棋子B?有没有其他的方案可供选择呢?这些问题在教学中都应该得到重视。[2]

而实际上,或是因为课堂时间有限,要确保完成既定目标不能太过深入探究;或是因为没有真正深入把握学情、理解教材编写意图,以致于无法有效达成 “在活动中,初步养成甄别假设、调整探究计划的意识,以及体会克服困难、解决问题时的喜悦”这一既定目标。

基于以上对教材和教学现状的分析,笔者以“探究平面镜成像特点”为例,展示并分析基于学生沉浸式体验的教学。

2 教学案例分析

2.1 情境体验,观察现象,提出猜想

在探究平面镜成像特点前,让学生明确探究的目标是像和物的特点及关系,接着通过师生互动提出猜想。

师:这里有一面大镜子,请同学上来体验下照镜子的感觉。你认为你在镜子里所成的像大概在什么位置?

生:在镜子后面。

师:你认为像和你的大小的关系如何?

生:好像是一样大,不过靠近镜子的时候感觉更大一点,远离镜子的时候会变小。

师:请全体同学拿出实验盒里的1号平面镜也尝试一下,当你靠近和远离平面镜时,像的大小是否会变?同时你靠近平面镜时像会怎么运动?由此你猜想像到平面镜的距离和物到平面镜的距离的关系可能是怎样的?

生:像的大小确实会改变,并且物体靠近或远离平面镜时,像也同时靠近或远离平面镜。猜想像到平面镜的距离可能和物到平面镜的距离相等。

基于体验,学生提出以下猜想:(1) 像的位置在平面镜后;(2) 像的大小会随物体到平面镜距离的改变而改变,可能比物体小、大或者相等;(3) 像到平面镜的距离和物到平面镜的距离相等。

案例分析:对于平面镜成像特点的3个猜想,不能仅仅依靠学生照镜子的回忆来提出,应该让所有学生都有真实体验,并根据教师提出的问题分次体验,明确每一次体验的目的。在这里笔者没有要求学生一定要提出和书本中所述的“像与物等大”相同的猜想。

2.2 对比体验,总结归纳,呼出“主角”

探究平面镜成像特点的首要任务是确定像的位置。笔者通过学生对镜子、透明玻璃板和茶色玻璃板的对比体验,将茶色玻璃板的作用凸显出来。

师:刚才我们猜想像是在平面镜后方的,你能否用手指一指、戳一戳棋子的像,找出它大概在1号平面镜后面什么位置呢?

教师拍照并投影展示学生找1号平面镜后像的位置的情景(图1)。

图1

师:你们做出的结果是不是也和投影上的一样?你们找到像在平面镜后方大致位置了吗?

生:找不到,后面的手指被挡住了,看不出来。

师:明明那个像就在后面,为什么被挡住找不到呢?提示大家可以把1号平面镜反过来看一下?

生:反面镀了一层膜,难怪被挡住了。

师:如果我们选择1号平面镜,虽然成像很清晰,但无法确定像的位置。

师:膜妨碍我们找像了,我们应该怎么做?

生:撕掉膜。

师:撕掉背面的膜后平面镜就变成什么了?

生:透明玻璃。

师:这就是老师为你们准备的2号器材,那接下来请同学们用2号玻璃板来找一找后面像的位置。

教师拍照并投影展示学生找2号玻璃板后像的位置的情景(图2)。

图2

师:同学们找到像在玻璃板后面大致的位置了吗?有什么困难?

生:手指能点到像的位置,这次没有被挡住,但是像不太清晰。

师:与1号平面镜相比,透明的玻璃板虽然可以确定像的大致位置,但是像很不清晰,下面我们来分析实验记录(表1)。

表1

师:要完成实验,我们希望找到一个什么样的平面镜呢?

生:利用它既能成清晰的像,又能确定像的位置。

师:它就是3号茶色玻璃板,老师把它藏在实验桌的抽屉里,大家一起拿出今天实验的“主角”,再次找像。

教师拍照并投影展示学生找3号茶色玻璃板后像的情景(图3),引导学生总结:选用茶色玻璃板便于确定像的位置,解决了如何确定像位置的问题。

图3

案例分析:在解决如何确定像的位置问题时,从学生最熟悉的镀膜平面镜入手,再到常见的透明玻璃板,最后选用茶色玻璃板,始终让学生动手体验,观察现象,对比分析,主动发现问题并解决问题。既符合学生的生活经验,也符合事物之间内在的逻辑顺序。茶色玻璃板的“压轴出场”是“千呼万唤始出来的”,这种沉浸式体验学习过程深化了学生对茶色玻璃板作用的理解。

2.3 找像体验,为何等效?如何等效?

在确定了像的位置后,亟待解决的问题是:如何比较像和物的大小?这里要用到等效替代法,但为什么要用等效替代法?谁等效替代谁?还能有其他的替代方案吗?接下来的教学将逐一回答上述问题。

师:选用茶色玻璃板便于确定像的位置,我们已经找到了镜后像的大致位置,从而验证了猜想(1),接下来要验证猜想(2),你打算如何验证?

生1:改变棋子A的位置,依次找到它在每个位置的像,将像与物体的大小进行比较。

生2:我也赞同这个方案,改变棋子A的位置很容易,但是我们不知道怎么比较像和物的大小。

师:刚才同学提出了一个很值得研究的问题:如何比较像和物的大小?我想请一位同学上台试一试。

教师邀请一位学生上来照镜子,并请这位同学走到镜子后面去和他的像比一比。该学生真走到镜子后面去找像,这时台下的学生都哈哈大笑,议论纷纷,台上的同学也感觉到了不对劲。学生此时都知道了人走到镜子后面,镜子里就没有像了,如何比较物和像的大小呢?

师:人走到镜子后面,像就没有了,那有没有什么办法可以让人一边停在镜子前面,一边跑到镜子后面去进行比较呢?

生:不可能的,除非有个克隆人。

师:如果用前面所用的棋子A作为物体,那我们需要什么?

生:“克隆”的棋子。

师:“克隆”的棋子就是和棋子A一模一样的棋子吧?我们现在要做的就是用一个和棋子A完全相同的棋子B去等效替代棋子A,并进行比较。请同学们利用实验盒里的器材,按照设计的方案进行实验,完成猜想(3)的验证。

如图4所示,学生将茶色玻璃板沿着纸上的标记线垂直桌面放置,改变物体的位置时,依次标记对应的物体和像的位置。

图4

师:你们观察到了什么现象?有没有验证猜想(2)和猜想(3)?

生1:改变棋子A的位置,不管是靠近还是远离茶色玻璃板,发现棋子A的像都能和棋子B完全重合,说明像和物体是等大的,与距离无关。

生2:我还测量了每次像到茶色玻璃板的距离和物体到茶色玻璃板的距离,发现基本是相等的。

师生共同总结,得出结论:像在平面镜后面;像与物体等大;像到平面镜和物到平面镜的距离相等。

师:为什么实验探究结论是像与物等大,而之前体验的时候总感觉近大远小呢?这是由于视角差异导致了如图5所示的错觉。

图5

师:刚才在比较像与物的大小关系时,我们是让“克隆”的物体主动“走”到镜子后面去和像比较的,你觉得还有什么别的比较方法吗?

生1:还可以让“克隆”的像走到镜子前面和物体比较。

生2:都不知道像有多大,怎么“克隆”啊?

师:不知道像有多大,可不可以放一个物体到像的位置,通过调整该物体的形状和大小直到在镜前看到它与像重合,这样就可以用这个物体来等效替代像了,再将该物体拿到镜前和成像的物体进行比较,是否可行?要找到这样一个形状、大小可以调节的适宜的物体具有一定难度,可行性欠佳。

案例分析:在以上环节中让学生体会走到镜后找像的窘迫感,迫切要给物体找个“克隆”的替身才能比较像和物体的大小,从中解决了为什么要等效替代、究竟是谁等效替代谁的问题。同时教师引导学生分析,让学生发现也可以选择给像找个“克隆”的替身,进行像的等效替代,有人还研究并设计了这样一个大小可以调节的物体——“自制可伸缩抽拉式水枪”进行探究。[2]虽然这种等效替代的可操作性不如前者那样简便,但是从发展学生思维的角度来看,可以适当引导,让学生体会到等效替代的方法不止一种,问题解决的方式可多样。

3 结语

以上教学设计是笔者在实际教学中围绕苏科版初中物理教材研究、改进而成。通过照镜子的沉浸式初体验,让学生提出自己的猜想,而非教材中的猜想(如像与物等大)。通过1号平面镜、2号透明玻璃板和3号茶色玻璃板的沉浸式对比体验,凸显茶色玻璃板的作用,突破了“确定像的位置”这一难点。结合镜后找像的体验,设计问题串,引导学生思考:为什么要用等效替代法找像?谁等效替代谁?还可以怎样进行等效替代?以加深学生的理解,拓宽学生的思维,突破“比较像和物的大小”的教学难点。

由于课堂时间的限制,在探究平面镜成像特点时,只研究了平面镜垂直于桌面的情况,无论是从实验的普遍性还是生活实际来看,都存在一定的不足之处。有人设计出了平面镜和台面成不同夹角的创新实验器材,来探究更为普通的平面镜成像规律,值得借鉴学习。[3-4]另外本节课中用到的三块镜子的优、缺点形成原因没有来得及解释,平面镜镀膜反射能力强,成像效果好。透明玻璃由于太过透明,光线大多透射过去,反射的光较少,成像很不清晰。然而这一不足也可以作为后续的教学资源,为学生后面学习平面镜成像原理和光的折射埋下伏笔。