1、运用“结构-定向教学原理”设计“平面镜成像”的教学过程北京市日坛中学 任炜东 邮编：100020北京市朝阳区教研中心 朱彦文 邮编：100028 “平面镜成像”这节课是依据九年义务教育全日制初中物理教学大纲，依据北京师范大学心理系冯忠良教授创建的结构定向教学原理和“北京市朝阳区初中物理结构定向教学理论实验研究”课题组关于中学物理教学心理学实验研究成果以及初二学生学习“平面镜成像”的活动情况设计的。本设计的基本观点是： 第一，学生的学习是在原有经验的基础上，通过主客体相互作用重新构建心理结构的过程。学习物理的根本目的在于形成、发展学生一定的物理学习研究能力，以及科学态度和科学规范等科学素质（即所
2、谓结构化教学观点）。 第二，在心理结构的构建过程中“教必须依据于学”。教师必须依据学生学习物理的特点和规律，依据物理学的特点和内在逻辑规律对学生实施定向培养，只有这样才有利于加速学生心理结构的构建，才有利于全体学生共同发展（即所谓定向化教学观点）。 本设计就依据上述观点制定教学目标，处理教材，选择教学媒体和教学方法，组织反馈和校正。在教学活动中尽可能调动学生主动学习的积极性，优化课堂教学系统，提高整体教学效能。设计程序如下： 一、关于教学目标的制定 观察物体在平面镜中成虚像的实验研究活动是本节课典型的学习活动。它是在学生已有的光的传播、光的反射、光的反射定律以及大量的观察平面镜成像的感性经验基
3、础上，构建“物体在镜中成虚像”的基本原理和成像特点的认知结构的学习过程；是学生依据基本光学原理，应用实验、分析、综合等物理学研究方法，初次较完整地认识成像原理的认知活动。因此，本节课的教学目的主要是激活学生原有的观察实验的基本知识和技能，在实现迁移的学习活动中认识物体在平面镜中成像的原理和特点，培养学生初步的观察实验能力，同时为学生以后学习一系列光学规律和成像问题作必要的准备。 由于初二学生刚学习物理，物理经验准备不足，在教学中应充分利用学生积累的大量前科学经验。同时，教学设计中也要估计到前科学经验的两面性。一方面有关平面镜成像的丰富感性经验为学生提供了大量的材料，有利于在教学中创设问题情景，
4、另一方面由于对现象缺乏深入研究，学生又往往会错误的认为镜中的像是“近大远小”等，对学习起干扰作用。因此，教学中应尽量创造条件，让学生通过自己的实验研究等学习活动获取科学知识，纠正前科学经验的负面影响，在认知冲突中调动起学生主动研究的积极性，并引导他们在应用知识解释和解决生活、生产的典型问题中养成热爱科学、热爱生活、热爱祖国的良好品质。 二、解决好教材与教学过程设计中的几个问题 本节课的教学重点是知道物体在平面镜中成像的特点。教学难点是初步认识虚像概念和探究镜中虚像特点的研究方法。 首先，如何认识虚像概念在本节课中的作用和地位，以及怎样处理这个难点等问题，是教学设计中必须要解决的首要问题，它直接
5、影响本节课的构建水平和课堂教学结构的设计。学生对虚像特点的认识是学习平面镜成像特点及其研究方法的逻辑依据和前提。提高虚像的构建水平，采取由“点”成“像”综合成“体”成“像”的方法，使学生知道物体成像的意义，不仅有利于构建学生对平面镜成像特点意义的认识，也有利于以后一系列成像问题的学习，更有利于观察认知水平的提高和认知能力的培养。虽然这样处理难度较大，但从学生已有经验的准备情况分析，学生已具备了认识虚像特征和构建“点成像”所必要的知识与技能的准备。关键是怎样科学地选择教学媒体和适合学生特点的认知策略与作用方式，以激活、复现、沟通原有经验与问题情景的认知，创造条件实现学习迁移。为此，我们选择演示实
6、验（实物媒体）激活、复现学生原有经验与问题情景的认知，以缩小学生对物理情景特征认识的跨度；选择计算机媒体及烛焰模型（模像媒体），以利于分析现象特征及联系，并结合言语（媒体）启发引导学生进行综合、概括。对于认知程序，设计成三个层次。第一层次：通过演示实验认识虚像的表面特征；第二层次：由计算机模拟构建“点成像”的物理模型，了解虚像的本质特征；第三层次：经烛焰模型的分析性演示，直接概括出物体在镜中的虚像是各点在镜中对应虚像点的集合的意义。由于三个不同水平的认知层次都是采用具有不同形象特征的媒体作用下的同化方式，因此降低了认知难度，有利于学生情绪的调动和难点的克服。 第二个问题是关于认识成像特点的研究
7、方法的处理问题 。是由教师直接明示还是放手让学生自己去研究，或者说教师该不该放手和怎样放手。这里的根本问题还是如何对待学生以及如何认识学生能力培养的问题。有一点是肯定的，学生参与活动是形成发展能力的基础。关键是怎样创造条件使学生参与活动，以及认知活动能否及时到位。首先我认为由于提高了学生对虚像的认知水平，学生的活动水平也应相应提高。此外，要相信学生，不仅要对学生一般的认知能力有充分客观的评价，而且要估计到部分学生中可能出现的创造性、超前性和跳跃性等特殊思维的火花对群体学习的积极影响，否则就不敢放手。再一方面，学生对研究方法认知的障碍主要是受虚像的表面特征定势的影响，即只能在镜前观察虚像，在镜后
8、观察不到虚像。如果形成在玻璃前不仅能看到镜中的虚像，还能看到镜后的另一物体的认识，即玻璃“透明”的意义得到具体化，学生就不难找到不同研究方法的共同点，就能突破难点。为此在我们开始选择和演示“浇不灭的烛焰”实验时，教师就有意识地让学生透过玻璃观察玻璃后面的玻璃筒，以及镜前烛焰在筒中的虚像。客观上为探索确定虚像位置的研究方法作了一定的准备。课堂教学实践表明，我们对学生学习能力的估计以及所采取的措施是客观的，有效的。因此，当课堂教学进入探究确定虚像位置的研究方法这一环节时，经创设讨论研究方法的情景后，教师仅适当提示激励学生讨论研究，部分学生很快就找到了用描点确定虚像位置的方法。教师及时抓住这些学生创
9、造性学习的火花，充分肯定和鼓励，使其他学生得到了启发，较好地使全体学生都接受了描点和重合两种研究虚像位置的方法。由于问题是学生自己解决的，学生非常兴奋，极有利于激发学生进一步在分组实验中研究成像特点的积极性，为突出教学重点的学习提供了强有力的动力背景和所需的经验背景。第三个问题关于教学媒体的设计。教学媒体一般分为实物媒体、模像媒体和言语媒体三大类。不同教学媒体在学生构建心理结构的相互作用过程中各有其优缺点。 本节课的学习活动大致分为：虚像概念的认知、成像特点研究与应用三部分。成像特点研究是本节课的教学重点。根据前面对教学目的分析，无论从学生典型学习活动的性质，还是从形成学生的科学认识，培养学生
10、能力等诸方面考虑，组织学生分组实验更为合理。可是，要想使学生独立完成实验活动，除明确实验的目的要求外，学生还必须具有必要的观察实验的知识和技能，否则就形成不了学生自觉的活动。为此，在前面两个难点问题的分析中已分别作了介绍。需要说明的是，在讨论研究虚像位置的方法和学习像与物的关系等两项内容时，实验器材有三角板和象棋子两种，而在学习“像与物到镜面等距”时，重点选用了三角板。所以这样设计，一是为了给学生的学习留有较大的余地，另外，三角板可以比较直观地由“像点和物点到镜面距离相等”推论得到像平面与物平面到镜面距离相等的关系，便于初二学生接受。象棋子属三维物体，认知比较复杂。只要学生认同“等大”特点，又
11、认同上述“等距”的推理逻辑，也就不难形成对三维物体“等距”特点的认同。关于虚像概念学习中的媒体选择，在前面难点分析中已经涉及。需要说明的是关于选择计算机模拟“点成像”过程的一些想法。一般讲，这部分内容的学习都选择模像媒体，如板画，挂图、投影等。它们都具有突出现象本质特征的优点。我所以采用计算机模拟是因为：其一，形式新异，色彩对比鲜明，引人入胜，容易激起学生兴趣。媒体的转换也容易引起学生注意，使课堂气氛不因为研究比较抽象的理性问题而变得沉闷。其二，研究对象突出，认知动作的执行既有间断性，又有动态程序的连续性。前者有利于学生有足够的时间激活、复现光的反射定律的内容和认知方式的各个动作；后者便于在教
12、师指导语的启发下理解动作间联系，更有利于学生对反射光线的反向延长线合成虚像点这一本质特征的认识，并形成比较清晰稳定的物理模型。其三，与其它模像媒体相比，计算机多媒体教学的效能较高。 事实上没有引课阶段两个演示实验作准备，计算机模拟效果也会受影响。例如，为使学生理解反向延长线的交点的意义，必须激活人眼看到物体的道理及相应的物理模型。为此，引课中设计了学生观察烛焰的演示实验，以复习上述经验。这个实验在形象上与观察虚像点的模型很相似，便于学生找到共同点，实现学习迁移。引课中又设计了在转盘上演示“浇不灭的烛焰”实验，使学生不仅能在镜前不同角度观察镜中的虚像，而且也可以观察到镜后。不仅可以直观地了解虚像
13、的表面特征及观察条件，而且又在另一情景中再次应用人眼观察物体的道理，得出镜中的像是烛焰发出的光经镜面反射后反射光线进入眼睛的结果，为成像原理的学习创设了问题情景，明确了问题性质，也为计算机模拟演示提供了研究对象和认知方式。 为了减小由点成像推理到体成像的认知台阶，我们设计了烛焰模型的演示实验，直观地反映了物是物点的集合，像是对应像点的集合，因而比较顺利地突破了难点。 最后关于板书设计。“结构定向教学理论”认为，构成能力结构的基本要素是知识与技能，其中技能是符合法则的活动方式。物理知识内在的逻辑联系和研究方法都属法则范畴。所以主板书主要是知识结构，副板书主要记录活动法则内容。这样设计有助于学生在
14、学习知识的同时提高研究问题的能力。 总之，本节课依据学生的学习特点和认知“成像特点”的逻辑联系，在三个学习阶段中分别选择了演示实验、计算机模拟、模型演示、学生实验、录象放映、板书等教学媒体，相互协调，相互配合，为学生营造了一个比较宽松、有序的教学空间和主动学习的氛围。有利于激起学生求知的信念，鼓励学生在获取知识的过程中发现问题，应用已有经验分析研究问题，创造性地解决问题。将过去被动的认知活动转化为学生积极主动的学习探究活动。使学生在主客体统一的过程中摄取、改组、运用知识，体会、领悟物理学思想、观念和方法。促使学生形成一种发现问题，并积极探究的心理取向，一种追求创新的意识，并逐步促使学生形成一种
15、积极改变自己并积极改变环境的应变能力和创新能力。结构定向教学理论认为，教学系统是一种人为系统，不同的教育观念直接影响到人才培养和教育系统的效能。就本节课而言，其性质属于知识教学，如何认识知识直接影响到知识教学的组织。我们认为知识不仅是认知的结果，更是认知的过程，是获取知识的策略和方法，是人为认识和改造客观世界的一种信念或倾向。确定这种知识观，教学便不应将获取确定的事实、概念、原理、规律为目的，而更强调它们的手段意义，即把知识教学作为认识事物本质和活动方式，形成能力和科学态度的手段。因此，在教学中就必须突出学生的主体活动，强调独立解决问题、主动探究精神和创新意识，教师的主导作用主要体现在依据物理
16、学的特点和规律，依据学生学习的特点和规律，创设情景和条件，跟学生一起来研究、探索，发现解决问题的途径和方法，这种和谐民主的师生关系就成为教学活动中追求高效能的必然选择。参考书目：1、结构定向教学理论与实践 冯忠良著 北京师范大学出版社 1991年版2、思维发展心理学 朱智贤 林崇德著 北京师范大学出版社 1986年版3、物理教学论 阎金铎主编 查有梁 谢仁根等著 广西教育出版社 1996年版4、物理学习论 阎金铎主编 梁树森著 广西教育出版社 1996年版5、物理实验论 阎金铎主编 陶洪著 广西教育出版社 1996年版6、物理思维论 阎金铎主编 田世昆 胡卫平著 广西教育出版社 1996年版7、怎样学好高中物理 李尚文著 科学出版社 龙门书局 1996年版