《光是怎样传播的》课堂实录

执教:贾欣 实录整理:胡志林 沈佳倩(浙江·台州)

师:请大家在记录单上回答一个问题,光是怎么把房间照亮的?先思考一个问题,记录单上所表现出来的内容中,哪些是你在这样的场景中观察到的现象?哪些是你在这样的场景中想象到的东西?你把它记录下来后,先在小组讨论一下。

(学生记录讨论后反馈。)

生:我在现实中看到的是发射的光,这个灯泡发出的光是不能穿透桌子的,我想象的是光是不能穿透封闭的房子。

师:昨天我们说灯泡如果点亮的话,它就是一个——

生:光源。

师:光把周围的事物照亮了,咱们这个教室有吗?大家指一指、找一找哪些是我们真正能观察到的现象。(学生用手指出被照亮的事物)在记录中,你们觉得哪些部分是你们想象到的?

生:光在没有遮挡的情况下会无限地发射下去。

师:你们真的看到光是怎么发射出去的吗?你们是用什么方式表示光发射出去的样子呢?画了怎样的图?

生:我们组都是用直线表示的。

生:我们组不是用直线表示的,在有微弱光的地方用波浪线表示,强度比较亮的光用直线表示。

师:当我们对别的同学的回答表达意见时,是不是只有是与否、对与错呢?你能不能把你刚才的话重新表达一下?

生:我想对那个同学做补充,我们组是用波浪线表示微弱的光,用直线表示较强的光。

师:我们在听别人想法、表达我们观点的时候不光只有对和错、认可和不认可,还有我给他提建议、我帮他补充。所以你对那位同学的评价,我认为不是对、错的评价,是你帮他补充、给他提建议呢。因为你首先认可他们说直线的这个想法,只是你们组认为光传播很远之后,可能会越来越弱,才用曲线来表示,是这个意思吗?其实我们现在回顾一下昨天上课讨论的话题,当我们真实地看到光源照射周围的东西变亮了之后,提出了一个自己想象中的事情,就是光从光源发射出去,到底是怎样发射出去的呢?刚才那位同学再说一遍可以吗?

生:我们组是用直线表示的。

师:如果她代表绝大部分同学对这个问题的研究的话,那咱们是否可以把它转化成一个问题提出来?我们想象中光是这样直线一样传播出去的,如果变成一个问题,我们怎样来问?

生:变成一个问题可能是,它真的就是这样发射出去的吗?

师:挺好。希望同学们以后也可以想一想,当我们看到一种现象而想象它有这么一种可能的时候,可以把它变成一个问题去思考。根据昨天同学们的调查,我想,同学们把今天研究的主题就放在这里吧(黑板上贴“光是沿直线传播的”)。我这样贴上去可以吗?这是一个问题还是一个结论?它应该是一个猜想,如果是一个猜想的话,我们给它加问号,代表这件事情还没有得到证实——光是直线传播的吗?代表这节课上咱们将要研究的话题。根据前面同学们的想象,我们认为光可能是直线传播的,如果想证明这件事情,怎么办?小组先讨论一下,讨论的时候我希望小组内的四到五位同学每人都说一说。

生:我们小组是这样想的,就是做一个实验。

生:我们组觉得要有一个光源,要是没有光源,光就没法发射出去。

生:我们组觉得有一个光源再加上一个透明罩子的话,就能观察光是怎样传播的。

生:我觉得罩子不应该是透明的,要不然光都照出去了,怎么能看出来它是直线传播的?

师:这是你的建议。先给大家几点提示,(播放课件)默读一遍,组内再稍微交流一下,根据老师的提示,你们希望看到什么现象?

生:我希望看到光是沿直线传播的。

生:我希望看到从光源发出的光是沿直线传播的,希望看到更多条。

师:为什么希望看到更多条?

生:光源不一定只发射一条线。

生:我对那个同学有一点补充,我把光源看成一个圆点,向四周发射射线。

师:发出很多射线,就像你的记录单上画的一样吗?不错,同学们相互之间有一些启发,都提出了自己的想法。看来我们想证明光是不是沿直线传播时,的确需要看到一个现象,就是真正看到光是沿这条直线过去的,是不是这样?看到这个现象之后能说明什么?这个现象与我们的想法有怎样的联系?

生:我认为看到这个现象就证明我们的想法是正确的。

师:既然我们有了一个好的想法和思路,那我们尝试做个实验,好吗?老师提供一些器材,有一个黑色的磁板,有三张可以立在磁板上有孔的纸片,注意这三个孔是打在每张磁板的同一个位置上。有张大的、可以立在磁板边缘的白纸,像我们的屏幕,叫纸屏。老师给大家准备了光源——手电筒,光源立在这儿还需要一个小架子,可以立在纸杯上,组成这么一套实验器材。既然同学们想找到这条直线是否存在,你们先按照你们的想法组装一下,设想一下你们能不能通过这套器材,找到光传播的那条直线的通路。我希望这时先不急于打开光源去照,先把你们的实验器材摆一摆,组内互相说一说,你们认为怎么做就能找到这条直线的通路,讨论好后咱们继续后面的操作。

(学生操作。)

师:最后一个小组,请把你们的实验用具拿上来,让大家看到。

生:让三个小孔形成一条直线,然后射到这里。

师:同学们怎么看?

生:我觉得把光源放在这上面,然后通过小孔一个一个接通,最后能射到这张完好无损的白纸上面,就知道我们所说的是否正确。

师:我看了看桌面摆放的情况,很多组都是把三个小孔摆成一列,屏幕搁在后面,光源搁在前方,好像大家有很多共同的想法。但是对实验进行说明时,我想再听一位同学把实验方法和你们认为怎样做就能证明光沿直线传播的想法说清楚一点,大家来听,注意听听他们希望看到怎样一种现象,这个现象能不能证明你们所认为的观点。这条直线你找到了吗?你觉得这个实验中重要的是什么?

生:三个摆在一起。

师:我们都摆在一起了。其他同学呢?他这样表达似乎代表了很多同学的想法,但是否还有需要完善的地方呢?

生:我是这样认为的,它通过三个纸卡上的小洞就能穿过去。

生:我们组希望看到,一张最大的纸上有个发亮的小圆点,因为这三张纸是并排摆着的,光从这里穿透过来时,如果是按直线传播的,那这张纸屏上必定有个发光的小圆点。

师:为什么你说光在前面打出去后,必定有个小圆点?除了你的观点,光沿直线传播,这里面似乎缺少你们要表达的条件。

生:用纸来挡着光,其实这个光还是可以往周围发射的,不是只朝一个地方发射,只是挡着而已,然后在纸屏上看到一个圆点。

师:嗯,很重要,需要有个光源,需要有个纸片把光挡住,让光能从小孔中透过去。我们用一幅图来表示,(边操作边说)这是光源,光源的外面要有个屏,然后要往上面加几张小纸板,我来摆第一张,第二个怎么摆?第三个怎么摆?(学生上来摆)你为什么在摆最后一个纸板的时候,特意很小心地对了对正?你希望要表达什么想法?我们为什么要这么摆?大家都说要摆整齐。

生:如果不整齐的话,光就不能从孔中往纸屏上穿过去。

师:你希望这三个孔怎么样?

生:光可以从三个孔中穿过去。

师:这是我们要验证的一件事情,为什么摆成这样呢?

生:如果第一个摆正了,第二个往上了,就把光给挡着了,然后第三个又往下了,光就发射不到纸屏上去了。

师:注意看这里,大家是不是在想,在研究光是沿直线传播的实验中,我们希望光沿小孔打到那边去,那么摆的三个小孔就应该摆在一条直线上,如果三个小孔我们都不能确定摆在一条直线上,光即便能照过去,能说明问题吗?

生:不能。

师:其实在大家的想法中,表达的时候都缺少一点,就是先要认定三个小孔是不是摆在一条直线上。我在下面看那两个小组的时候,有位同学说要把三个小孔摆在一条直线上,三点成一线,他们提到这个,说明大家想到了,但是没有表达出来。我们刚才用了一段时间,大家很波折地去思考一件事,就是我们面对实验器材和对即将要研究的观点提出推测。在这个推测过程中,我希望大家梳理一下思路,谁能用一句话来说一说你们刚才经历的过程?可以参考黑板上的表达模式,试一试,小组内每个同学互相说一说。

生:如果光源从三个小孔里穿到纸板上,我们的猜测就是正确的。

师:只是三个小孔吗?三个小孔得具备什么样的条件?帮她补充。

生:在一条直线上。

师:我们首先要保证这三个小孔在一条直线上,它不在一条直线上我们就无法证明。大家待会要完成这个实验,操作之前,请大家在实验记录单的第一行上,把我们的推测画在图上,然后实验。实验之后,把我们看到的现象记录在记录单的第二行里。下面请各小组领取一个手电筒,取回去之后大家可以先预测,然后完成实验和实验记录。

(学生实验。)

师:哪个小组愿意把你们的实验结论和大家作个交流?

生:我们小组在实验过程中还发现,如果光源离第一个纸孔越近,照到纸屏上的光点就越大;如果光源离第一个纸孔越远,照到纸屏上的光点就越小。

师:他真是一个爱提问的孩子。但是我想时间很有限,我们还是把关注点放在“光是沿直线传播的”这一话题上。这个小组能不能重新表达一下,难道就是透过一个小孔就可以证明这件事情了吗?其他同学还有没有想描述的?想一想我们实验前推测时希望看到什么样的现象。光透过三个在一条直线上的小孔,如果可以透过去,在屏上看到光点,就可以证明我们的观点——光是沿直线传播的。这个推测中的现象我们在实验中观察到了没有?观察到了,说明什么问题?没有观察到,又说明什么问题?

生:我现在可以确定光是沿直线传播的,因为我看到了光透过在一条直线上的三个小孔,最终射到纸屏上。

师:他们看到的这个现象,你们看到了没有?

生:看到了。

师:如果看到了光透过在一条直线上的三个小孔,最终射到纸屏上,能不能证明光是沿直线传播的?我们提出的观点好像不太确定,我想听一听你们不太确定的原因是什么?

生:因为我们只做了一次实验,没有做很多次实验,我觉得还不够,还要做第二次,这样更能证明或确定光是直线传播的。

生:我觉得也不太确定,因为手电筒的光照到第一个小孔的时候,第一个纸片周围也有许多光,最终照到纸屏上也是因为它经过了许多个小孔,但是如果只经过一个小孔的话,这光还是散的,并不是直的。

生:老师我有一个问题,我们在做这个实验的时候,三个小孔都不是在一条直线上的,为什么还能射到纸屏上?

师:为什么不是一条直线上?你怎么确定它不在一条直线上?你们是怎么检验的?我们把光源关掉,你试一试从第一个小孔往后看,看第二个、第三个小孔,能够看到吗?如果可以看到这三个点的话,证明在一条直线上。我想提醒大家,在实验之初,有些同学有点疑惑,或者有些同学已经确认了,我相信其中有一点是我们要关注的,就是当我们提出一个猜想——光是沿直线传播之后,有一个很关键的环节,就是做了一个推测,假如我们认为光是沿直线传播的,那我们给它一个条件,就是放三个在一条直线上的小纸板,如果光能通过小孔并在后面形成一个光斑,就可以初步证明光是沿直线传播的。大家刚才对这个推测已经认可了,但我们刚才表达中似乎对一个问题都不太确定,就是同学们还是在关注这三个小孔是不是真的在一条直线上,我们需要对这三个小孔作进一步的检测,只有确定小孔真的在一条直线上,而且光真的能通过三个小孔在后面形成光斑,才真的能够初步确定光是沿直线传播的。好几位同学提到了我们要对小孔进行检测,我非常支持大家的看法。现在如果我们想对光沿直线传播这个猜想作出定论的话,是否可行呢?你怎么看?

生:我觉得是的。

生:我觉得不可以。

师:你想怎么办呢?

生:我觉得它在没有照到第一个小孔的时候都是散光,纸片周围全都是光。

师:还有一个现象还没有被证实,她说有散射的光,我们回头把它单拿出来重新想一想,好不好?不管怎么样,在今天整个研究过程中,我们经历了提出想法、进行推测的过程,在推测过程中思考会有什么现象帮助我们推测呢?于是我们在实验中去观察光是否能够透过三个小孔,但在最后对光是否能够透过三个小孔的现象的讨论中,我们各小组有了自己的看法,可能因为实验操作过程中还有地方没有去检验,可能还有其他现象干预了我们的想法。于是有同学说,这个结论我们似乎还存有一点点疑问。我希望课后把这个事情按照今天的方法再好好研究一下,可不可以?

教学感悟

关于“科学实践”,我的基本认识是“让学生学着像科学家那样去做事。”这里很重要的一个词是“学”。其一,学生在课堂上不是科学家,从各方面条件来看,都不能满足一位科学家应有的研究环境;其二,学生的任务在于“学”,通过学习实践来了解并懂得科学家的工作、方法、思想和行为。但“像科学家那样”是问题的关键。

既然是学着做,教师在教学设计上就要为学生设计一个学做科学家的环境,一个实践中习得知识、方法的环境。回顾这节课的设计,我认为还是比较初级地参照了科学家做事的方法、流程以及相应的思想,创设了一个学生可以用以探究“光”的问题的学习环境。我们可以从三个方面来回顾这节课:

调查——主要工作是调查和实证探究;

假设——主要工作是建构假设、模型或原型设计;

协调——主要工作是协调,在这个阶段讨论评估数据与预设是否对应、实验方法或产品设计的适切性等。

这也是《美国国家科学教育框架草案》第五章第三部分——科学和工程实践中对科学家和工程师工作过程的划分,既“调查——假设——协调”。

一、调查并区分“事实”与“想象”

在调查阶段,科学家将精力集中在观察自然现象、设计观察试验、收集数据以及建立测量工具、确定被测试的对象上。

这是一个严谨而复杂的过程。科学课上的孩子们在这个阶段,常常做的一件事是“提出问题”。本节课,我更想做的事情是“识别问题”。因为课堂学习是相对开放的研究环境,问题其实是在教学设计中已经被教师控制的,教师会使用不同的策略来引导学生提问,但有时学生不着边际的问题又让教师十分尴尬,倒不如让学生像科学家那样通过观察来选定研究对象,由此识别可以研究的问题,并提出来。为此,在教学初始阶段有了下面的设计。

“光”是一个十分抽象的概念,尽管小学阶段的学习多是建立在相对直观的“几何光学”基础上,但学生面对光的时候依旧困难重重。通过前测我们了解到,学生可以清楚地认识光源以及光源的开与关与屏上光斑以及影子有无之间的关系,并且能够形成简单的逻辑分析,也就是光源有光射出,屏上就会有光斑,有遮光物的时候就会有影子出现,光源关闭,光斑和影子都会消失。这是学生可以通过观察而获得的“事实”,这个现象有着充足且可靠的证据来说明其相应的关联。但在这个现象中,光源发出光后,光到屏之间的空间里,光是怎样行进的?这是学生难以观察和描述的。由于光的特性,学生是无法观察到一个“实物”来进行分析,更缺少一个实证的方法来求证。这样,在这个空间里光是怎样传播的,就成为学生的“想象”了。

当学生没有能力去区分“事实”和“想象”的时候,他们会误以为自己的想象也就是事实,所以课堂上探讨这个问题的时候,学生往往会把自己缺乏证据的想象坚定地作为自己对光传播的解释,而教师也不易将学生自然地引入到将要研究的话题中。这个问题怎样破解?我的做法是,让学生通过观察来自行确定“事实”和“想象”,并依据“想象”提出可探究的问题。教学过程是这样的:

1.课前观察活动

请学生观察教室内灯的亮与灭,描述光源与光的关系。

完成一个观察记录,记录光源打开的时候,教室哪里被照亮了。

2.课上依据课前记录,识别“事实”

学生根据记录和现场环境,确定光源发光和四周被照亮是事实,并且有着密切的相关性。

3.比对记录单,识别“想象”

“事实”在记录单中和现场是统一的,但是当学生比对彼此的记录并讲述时,差异出现了。他们发现光源与墙壁之间的“光”,在他们的记录单和描述中有着不一样的地方,而且无法通过简单的观察而得到可靠的据来证明自己的想法。

4.依据“想象”形成问题

当学生识别了哪是“事实”,哪是“想象”后,求证意识促使他们对问题作出了选择,缺乏依据的“想象”成为将要研究的对象,并被学生转化为问题——光是怎样从光源传播到墙上的?

在这个过程中,教师有三句话要在恰当的时机说出来。

“记录单中哪些是你观察到的事实?”

“记录单中哪些是你的想象?”

“你能把你的想象转化成为一个问题提出来吗?”

课后分析这三个问题,自我感觉还是有些生硬,运用应该再灵活一些。但无论怎样修饰,其核心不会改变,要让学生在调查并提出问题这个阶段,能够学着像科学家那样,通过观察识别并区分事实和想象,寻找到可以探究的问题。

课上有一句话应该能表达我的想法:“当我们看到一种现象而想象它有这么一种可能的时候,可以把它变成一个问题去思考。”

二、依据假设构建寻求证据的模型

在假设阶段,科学家发展他们的理论、设计及模型,并思考多种解释方案。科学家建构的是针对物质世界的解释性模型。具体到“光沿直线传播”这个概念,学生们将要试着构建的是观察到的事实与自己假设之间的平衡。

通过前测以及试讲所积累的经验,我发现学生能够用“直线传播”作出解释,但难以用科学的方法证实。其原因是:

1.学生不具备实验的方法来获取证据;

2.学生不善于提出假设来构建自己的想法。

我认为实验的方法可以由教师提供,毕竟几何光学实验不同于其他物理实验,它在仪器设备的准备和调试上有着学生难以理解的地方。实验方法的提供,能够帮助学生获取有效的事实,并促进学生建立自己的想法(理论)与证据之间的关联。在课堂40分钟有效时间限制下,我选择了提供实验的方法,给学生搭建主动寻求自己的想法(理论)与证据平衡的脚手架。因为从学生学习的角度看,这样的设计使学生能够多方面地寻求自己的想法(理论)与证据的平衡,很好地促进学生的科学学习。教学过程是这样的:

1.提供范式,指导假设

在现场研讨课上,学生们一致认为光是沿直线传播的,但他们并不会为自己的想法作出相应的假设,导致他们无法寻求证据与自己的理论相匹配。这需要教师给予必要的指导,帮助他们构建一个假设的模型,这个模型需要包含学生的想法(理论)和用以论证的思维方法。

首先,我从学生的理论中抽出一个可观察到的事实——直线。在与学生交流中,我发现学生们都提出需要看到这条直线的存在。于是我在教学中按照教材上三个纸板同一位置打孔的方法,确定了一个前提——这三个孔在同一条直线上。这条“直线”的提供是教师给与学生的一个支持。

其次,需要寻求与这条“直线”匹配的证据的描述。我问了学生这样的问题:“面对这个实验,你们观察到什么现象,就能证明光是沿直线传播的?”课堂上,这个环节其实是很纠结的。一方面,这个问题的提出对学生的思维包括语言表达都是一个很大的挑战;另一方面,我这样提出问题,似乎有一点生硬。

为了让学生能够将自己对假设的理解表述出来,我使用了提供范式的方法,给学生们一个关联词语“如果……那么……”。不可否认,语文学科的影响在科学逻辑思维的表达上提供了强有力的帮助,学生能够用这样的范式来完整表述假设——如果观察到光能够通过三个在一条直线上的三个孔,在屏上留下光斑,那么就能说明光是沿直线传播的。

2.依据假设,进行实验

假设的提出为科学研究提供了一个研究的基础模型,这对于小学生来说足够用了,但是基于假设所构建的研究模型对于小学生来说依旧是陌生的,他们尚未形成稳固的思维模型构建在头脑中,这一点与科学家有很大的差距。科学家可以通过长久的科学研究形成稳固的研究方法和思维模型,在面对每一项具体研究时,需要做的只是调取或整合,而小学生还做不到,他们需要更多的重复和巩固。课堂上就是这样,学生虽然提出了假设,但他们进行实验时,会不会一边观察一边思考自己的假设呢?我相信仅靠这样一次教学是不足以让学生形成稳固的方法的。事实也是如此,学生实验中依旧流露出对假设的漠视,尽管他们都很好地完成实验操作。当我发现学生忽视假设时,我再三追问“你们要观察到什么现象,来说明你们的看法呢?”我寄希望于以后的教学,学生能够持续练习假设的提出,因为学着像科学家那样做事,需要反复练习。

三、不断协调证据与事实

协调阶段是调查阶段中的实证探究与理论、模型的建构、预测以及解决方案的提出相互联系的阶段。在这个阶段中,分析、论证以及批判是最主要的工作。科学家们通过数据证明新理论、新数据收集方法或以往数据的新阐释的合理性。同时,其他科学家尝试找出其中的弱点或不足。这个批判的过程对于推动科学进步有非常重要的作用。

在“协调”阶段,学生们给我上了一课。我不得不承认,沉浸在科学研究中的学生,坚持了科学研究的方法。他们在寻求证据与自己想法匹配的过程中,坚持自己的想法,没有放过一丝不匹配的地方。他们给了我一个让任何一位做课教师都会尴尬的结论,他们认为课上的实验还不足以证明“光是沿直线传播”的,因为他们虽然观察到光透过三个在一条直线上的孔在纸屏上留下了光斑,但是诸如“光透过小孔后散开了,形成的光斑大于小孔。”“三个小孔没在一条直线上(其实三个小孔还是有相交的区域,学生难以理解)怎么还有光斑?”

回看录像,这一阶段的我真是语无伦次,好在我选择了学生们的“坚持”,我也为这个“坚持”而反思。

当时的尴尬,排除教学设计或过程处理上可能存在的失误,我认为最关键的是我们如何用“科学实践”的眼光看待“科学研究”。

1.什么是科学研究的终点

从“科学实践”的角度看,科学课的学习不是以概念是否学会为终点,应该是以科学论证是否结束为终点。引用总结会上郁波老师的一段话:

论证是科学探究与生俱来的特质,就像它也是科学本质的特质一样。可惜,我们原来对这个特质的认识远远不够。但是,我们今天恐怕就要深刻地认识到,论证是科学本质的特征,也是科学探究的本质特征。科学知识是通过一种推理过程而建立的,在这一推理过程中,社会交往和讨论交流被大大重视。

学生们最后用事实对自己的理论进行论证时,发现了还有一些难以匹配的地方,这使得他们用最朴素的科学思想坚守了“科学”,我认为这才是可贵的“终点”。

2.在科学实践中形成朴素的科学思想

学生们的坚持是我当时没有预料到的,回想当时的情景,现在我相信学生们的表现源自于“实践”,一个渐渐接近科学家做科学的“实践”。当我们教会学生“学着像科学家那样去做事”的时候,想象与事实的辨识、假设的提出、证据与理论的协调都在潜移默化地促成学生最后的“坚持”,影响学生对问题的思考。

从这节现场研讨课的实施中,我深深认识到科学思想、方法都源于人们的实践活动,在实践中,人们总结归纳方法,形成思维。当我们尝试从实践的角度设计科学课教学的时候,学生们会有更多的“坚持”。

北京市教育科学研究院基础教育

教学研究中心( 100191)

浏览次数:  更新时间:2016-02-21 13:47:13
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