基于核心素养的多维感官融合实验教学

摘要：2022版初中物理新《课程标准》要求课程目标由三维教学目标变为核心素养培养目标，本文立足核心素养中提出的科学探究要求，在苏科版物理八年级上册第四章第二节《透镜》实验教学中利用多感官融合实验教学，创设以学习者为中心的知识情境，让学生从生活中的点滴认识光学之美。

关键词：核心素养；物理实验；感官融合；光学透镜

引言

《物理课程标准》中课程目标由三维教学目标变为核心素养培养目标，学习要求及评价由单一的“内容要求”变为由“内容要求”“学业要求”和“学业质量水平”组成的综合评价体系[1]。物理学科核心素养是学生在学习物理过程中逐步形成的知识积淀、思维品质、能力表现、科学思想以及科学的情感、态度和价值观的综合体现，由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等四个方面构成，是科学核心素养的重要组成部分之一。

《透镜》选自苏科版《义务教育教科书 物理》（2012年版）八上第四章第二节，本节学生应认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用。它是在学习光的直线传播及光的反射、折射现象的基础上进行的，同时又是理解凸透镜成像规律的基础，因此具有承上启下的作用，所以本节是本单元教学的重点[2]。另外本节内容有助于通过实验培养学生的动手能力和综合分析能力，所以本节教学要求应定位在认识透镜的基础上，让学生对透镜成像现象有一定感知，以及达到相应的透镜作图要求。同时应用透镜知识来解释生活中的现象，提高学生的素质，也让学生从动手操作中找到学习的乐趣。

1 通过数字化实验，有效回顾光学知识体系

笔者在课前通过数字化光学实验平台设计知识回顾环节，请学生已学过的实验名称、显示出的数字实验仪器作为思维抓手，回顾光学知识体系。课前检测相应的光的反射、折射实验仪器以及操作原理，通过数字平台的统计功能，发现学生光学实验规律总体掌握较好，但是相应的实验操作文字表述以及画图方面还有欠缺。

《物理课程标准》指出：“教”与“学”是一件事情的两个侧面，其中“学“决定了“教”。作为教师，其角色是服务于学生，其作用是“根据教学需要组织教学”、“依据学生特点提供恰当的引导”。建构以下两观念：1.以学生为中心的教学观。教学不是由教师到学生的简单的转移和传递，教师应该创设良好的、真实的学习情境，鼓励并协助学生通过实验、独立探究、讨论、合作等方式学习。2.建构主义学习观。建构主义学习观认为学习者在学习新信息、解决新问题时往往可以基于相关的经验，依靠其认知能力形成对问题的解释。笔者通过课前检测了解学情，从学生的实际问题出发，为设计适合本班学生学情的个性化学习任务，以及教学计划安排提供依据。

2 通过魔术引入，创设学生熟悉的生活情境

教师准备能发出平行光的手电筒一支（此处注意，推荐选用老式小的白炽灯作为手电筒灯泡，不要使用普遍的LED灯泡），课前利用快递盒+凸透镜，制作出可以伸缩的的手电筒“套头”，改变前后改变镜头到凸透镜的距离，以及改变“套头手电筒”到教室墙面的距离，请同学们观察教室墙面上的光斑是怎么变化的？

提出问题：1、光线在同种均匀介质中怎么传播？2、光线在什么情况下会发生偏折？3、想一想，手电筒发出的光透过老师设计的“镜头套”，为什么光斑大小会发生改变？这些问题都跟老师手中的光学元件有关，它们和老师所带的眼镜镜片一样，这就是我们今天要学习的透镜。

新课引入环节采用表演魔术的方式，充分利用学生的好奇心，将他们的注意力迅速地集中到光斑大小的改变现象上来。同时为课堂结尾处拓展活动：利用太阳光粗测凸透镜焦距，埋下伏笔。接着与孩子们一起回顾光的直线传播条件，以及光的折射条件，让学生在已学知识的基础上，产生认知冲突，学生通过亲身观察实验现象，激发他们的求知欲，从而引入到了新课透镜的教学中来。特别注意的是：这里使用老式小灯泡而不使用LED灯泡的原因是，在活动中可能会有孩子们观察到墙壁上放大的或缩小的灯丝的像，为下一节探究凸透镜成像规律埋下伏笔！

3 通过多感官融合，紧密开展实验探究活动

新课实验环节，请学生垫纸巾垫面巾纸用手摸一摸桌子上老师给的两个透镜，它们在结构上有什么特点呢？再摸一摸同学们从家带来的近视眼镜，老花镜，平光镜。

引导学生小结归纳刚才的交流，得出透镜分两种：一种是中间厚，边缘薄，叫凸透镜；一种是中间薄，边缘厚，叫凹透镜。指导学生把凸透镜凹透镜的定义在教材上画出来。结合凸透镜、凹透镜实物，指出哪是透镜的中间，哪是透镜的边缘，强调区分凸透镜和凹透镜的关键就是比较透镜的中间和边缘的薄厚。指导学生练习区分凸透镜、凹透镜。

学生垫面巾纸摸透镜。学生边实验边思考问题。小组交流，请一位学生回答问题。学生说出两个透镜中间和边缘的薄厚上的不同，一块透镜中间厚，边缘薄；一块透镜中间薄，边缘厚。学生在教材圈画凸透镜凹透镜的定义。同样，同学们按照老师的引导，经历触摸、持透镜伸直手臂观察远处、持透镜近距离观察物理课本等多种方法辨别凸透镜和凹透镜的过程，并尝试对各种方法的优劣做初步评定。

通过笔者的教学发现，学生对凸透镜和凹透镜的概念存在潜意识的错误认识，认为凸出来的就是凸透镜，凹进去的就是凹透镜此环节重点突出凸透镜、凹透镜在薄厚上的不同通过小组交流、讨论，培养学生相互合作学习的能力。教材上有的定义直接在教材上画出，发挥了教材的作用的同时节约了记笔记的时间，巩固和提高学生刚才活动的结果。学生对近视眼镜并不陌生，但属于哪种透镜并不清楚，引导学生关注身边的物理光学原件以及现象。让学生思考的同时，暗示学生透镜对光的作用并不是新知识，就是之前学习的折射。让学生学习的前后知识形成联系，并不是一节一节的零散学习知识，而是让学习的知识形成网格，提一点而带一面。

4 通过演示实验，可视化凸透镜对光线的作用

引导学生思考透镜是能透光的，光经透镜发生折射，凸透镜和凹透镜的折射光线有什么特点呢？

（1）凸透镜对光的作用：观察导学案图中的入射光线在位置上有什么特点。引导学生思考入射光线与主光轴的位置关系。猜想平行主光轴的光线透过凸透镜的折射光线沿什么方向传播，你猜想的依据是什么？ 我们怎么才知道我们的猜想对不对，用实验验证。

演示实验1：利用激光笔在磁性黑板上演示三条平行光线，根据演示实验在黑板上描出入射光线，再放凸透镜。

（2）凹透镜对光的作用

演示实验2 ：利用激光笔在磁性黑板上演示三条平行光线，根据演示实验在黑板上描出入射光线，再放凹透镜。

引导学生类比凸透镜，观察折射光线与入射光线的位置关系。指导学生用作图法把上面的实验画出来。结合演示实验引导学生解释发散：发散：折射光线与入射光线比较，远离主光轴。

培养学生实验探究中的猜想能力，猜想并不是瞎猜，要有根据的猜想。让学生不盲从，要用实验来验证自己的猜想，培养学生科学的学习态度。培养学生的观察能力，引导学生明确观察的目的与任务，知道观察什么，会把注意力集中到观察的焦点上。通过阅读教材，培养学生看教材的习惯，同时提高学生的阅读能力和理解能力。初中生以形象思维为主，对比文字，更容易接受的是图形，此处设计是让学生把文字转化成图形，加深理解。通过让学生观察演示实验，启发学生分析现象说明的问题，让学生学会研究问题的方法和培养学生的逻辑思维能力，而不是单纯的灌输知识。

5通过自主实验，从生活走向物理，从物理走向社会

焦距是凸透镜的重要参数，不同的凸透镜可能焦距不同。带领学生思考能不能想办法利用太阳光粗测凸透镜的焦距。本片段中学生是能够在操作中观察发现用光屏来承接像的时候，光斑的大小会随着光屏到透镜的距离发生改变，那么怎么样选择位置来估测焦距，以及其中的原因应该是请学生利用本节的所学知识来理解并完成操作。

本拓展活动与课堂引入的小魔术活动首尾呼应，加深学生对凸透镜使光线会聚的理解让孩子们实际动手来完成拓展实验，同样留下思考的问题，如何才能准确测量光屏到透镜的相关距离？做实验的时候，也可以让孩子能认识隐约体会到像的大小（性质）与像距是否有关、有什么关系，同时为下一节探究凸透镜成像规律在此做铺垫。

结语

透镜这节课是本章各节学习的基础，本节课以充满趣味的学生活动为主线，运用实物展示、边学边实验、演示实验等方式，通过师生的共同活动，指导学生主动的探索出透镜的分类方法和对光的作用，在此基础上通过实物与多媒体相结合的画图方式，把主光轴、光心、焦点、焦距的抽象的概念直观的呈现出来，有效的解决这些抽象的概念难教、难学的问题。这节课对笔者的启发比较大， “以生为本，落实核心素养”大大扩充了课堂容量，在课堂有限的时间中深化学生对于未知实验知识的探索。下面就本节课“以生为本”的实践活动，与大家分享一下我的几点感触：

1.“以生为本，落实核心素养”应根据学生的实际学情决定实验内容和形式

本节课开始之前首先利用数字化物理实验室，笔者带领学生回顾光现象中学生已有的知识框架，明确学生在实验学习过程中的优势和不足。课前检测相应的光的反射、折射实验仪器以及操作原理，通过数字平台的统计功能，发现学生光学实验规律总体掌握较好，但是相应的实验操作文字表述以及画图方面还有欠缺。这将指导本节课的实验设计，让学生更多的接触实验仪器，才能更好地进行实验表述。通过观察以及归纳的方法，让学生能对比光的直线传播、光的折射来认识光线透过透镜时候的光路图的绘制。根据学生的实际学情决定实验内容和形式，更够更具有针对性，更加高效的进行课堂实验教学。

2.“以生为本，落实核心素养”应合理设计物理实验，源于生活、回归生活

笔者在本节课通过生活中的小灯泡入手，通过自主设计形成了老师手电筒可以调焦的“小魔术”作为课堂的实验引入，实验器材在身边易得到，现象也易于引起学生的认知冲突。在感受和认识透镜的过程中，老师让班级学生带着近视眼镜、远视眼镜、以及老花镜来到课堂，通过触摸、观察、讨论、归纳等多感官的方法，来达到认识透镜种类的学习目标。整节课的实验过程，学生通过小组合作的方式解决问题，也促进了学生相互合作、探究发现的能力。

3.“课后自主拓展实验”为下节课的“以生为本，落实核心素养”设计课堂提供依据

本拓展活动与课堂引入的小魔术活动首尾呼应，能够在课后面对不同层次的学生进行思考，能力强的孩子甚至可以自主创新实验，设计实验器材测量焦距。同样，自主创新实验最能调动学生的注意力以及学习兴趣，在此也同样加深孩子们对凸透镜使光线会聚的理解让孩子们实际动手来完成拓展实验，同样留下思考的问题。做实验的时候，也可以让孩子能认识隐约体会到像的大小（性质）与像距是否有关、有什么关系，同时为下一节探究凸透镜成像在此做铺垫。在实验设计和实验操作的过程中，也锻炼了学生对物理问题的猜想能力，在测量数据的时候，也能够应用到长度的测量以及如何减小误差的方法是对学生综合实践能力的提升与加强。

关于如何更好地利用信息化课堂实验教学手段，实现“以生为本，落实核心素养”，准确把握学情，合理设计出满足学生需求、贴近学生实际生活的物理实验课堂，对于其中的有些问题我们还无法给出令人满意的答案，但笔者希望这些问题能成为进一步研究的起点，抛砖引玉，触发大家去反思、去研究，通过不断实践，我们一起去寻找一条适合当代中学生实际情况的有效发展道路。

参考文献：

[1] 林伟根. 基于核心素养的初中物理深度教学策略研究[J]. 学苑教育， 2021（7）：2.

[2] 夏斌孙红文. 基于核心素养的初中物理概念教学问题串设计[J]. 物理之友， 2021， 037（008）：P.12-14.

江苏省第二师范学院 江苏省教师培训中心“师范生实践教学资源与基地建设”专项课题：《初中物理师范生实践教学资源的开发与整合运用研究》，项目编号：JSSNU01200216

南京市教育科学“十四五”规划一般课题：《基于单元整合的初中物理师生偕同实验改进与创新研究》，项目号：LZ/2021/067

玄武区教育科学“十三五”规划2020年度课题：《基于学生劳动品质培养的初中物理自主创新实验研究》，项目号：XL/2020/005