分析实验不当现状 优化课堂教学策略

摘要

对初中生而言，探究凸透镜成像规律具有较大的难度，其根本原因是涉及本质原理，同时在探究过程中有时学生会被实验的表面现象所掩盖，从而产生错误认知。梳理不当实验现状，其具体表现有：不关注实验探究原理，只是恪守教材内容；只关注看到的实验现象；只追求教材所表述的结论。分析其内在原因有：探究素材单调；学生认知不深，缺乏精准指导；探究迷茫失向，理论实践脱轨，探究变成走过场。针对其内在原因，给出3个优化课堂教学的策略——疏通学生的思维堵点、扫清学生的认知盲点和突破学生的素养进阶痛点，以期为课堂教学指明方向。

Graphical abstract

关键词

不当现状 / 原因分析 / 策略优化 / 凸透镜成像 / 规律

随着教育改革的不断深化，绝大部分教师已经意识到：设计的教学目标并不仅仅是为了考试，而是学科教学必须凸显育人功能。物理学科的实验教学，就是要让学生参与到实际的探究活动中，从中生成问题，在讨论中激活思维，在总结中升华知识的内涵，进而促成学生思维素养的进阶。

物理学科在很大程度上就是借助实验达成上述效果的，因此在物理实验教学中，教师往往是想方设法满足学生做实验的数量要求，而对其育人效果的思考却少之又少。为深入探讨这一现象的成因，并找到解决之道，笔者以“凸透镜成像的规律”教学为例，在分析其问题及产生原因的基础上，给出优化课堂教学的策略。

1 实验不当现状的具体表现

实验探究活动是进行科学研究的基石，它能为学生呈现出真实的实验现象，从而为学生的思维、素养进阶增加现实的体验。但在实验过程中笔者发现，学生固然可以观察到实验现象，但未必能内化其相关的知识原理。对此，笔者将实验的不当现状归纳如下。

1.1 不关注实验探究原理

【案例1】在探究“凸透镜成像的规律”实验^［1］中，若教师采取用物体挡住部分透镜的方式，则学生可以看到这样的现象：光屏上的像是完整的，只是亮度与原来相比明显偏暗。

【将此实验现象设计成检测试题】如果凸透镜被摔成好几块，取出上下两块，放到原来成像的位置（图1），此时凸透镜能成几个像？从学生回答问题的结果发现——有90%的学生回答：“两个”。理由是：因为有两块透镜，每块透镜都要成一个像。

【问题成因】在进行实验探究时，学生并不关注物理现象蕴含的原理，只是根据自己的观察给出主观上的结论，仅仅停留在看图说话的层面；学生不会意识到凸透镜丢失一部分与实验课上挡住部分透镜的原理是相同的。为此，在进行具体讲解时，有教师根据学生给出的理由，提示学生这两块凸透镜所成的像有可能会重合在一起，但学生仍然无法理解两块凸透镜所成的像为什么一定重合，自然无法知道重合的条件应该如何确定。

1.2 只是恪守教材内容

【案例2】在实验教学中，一部分教师已习惯于按教材编排内容，引导学生展开学习。例如，在进行凸透镜成像规律探究时，虽然学生根据教材步骤完成了实验探究，但还是无法理解实验中的现象：既然成的是实像，为什么还要用光屏呈现实像？为什么要探究教材中列出的几个像？为什么不直接用眼睛观察，而选择观察光屏上的像？

【问题成因】学生依照教材实验步骤，是可以得到教材所表述的实验结果，尽管实验探究活动看似成功，但学生并没有理解其内涵。从结果上看，这样的实验探究根本无法提升学生的能力，可教师却误以为教学效果良好，学生已经掌握了成像规律。

1.3 只关注看到的实验现象

【案例3】探究凸透镜对光线作用是该实验教学的基础，若在基础探究过程中只关注看到的实验现象，则会对学生思维产生负面影响。由实验现象（图2）发现：①平行光经过凸透镜后会聚在一点，结论——凸透镜可以会聚光线于一点；②平行光经过凹透镜后会发散开，结论——凹透镜可将光线散开。以上两个结论看上去没有问题，实则为非本质规律。

【问题成因】在此过程中，学生通过看到的实验现象，给出了看似正确的结论，实则忽略了对规律本质的理解。假如教师指导学生采用新情境探究出如图3所示的实验现象，学生看后必然会生发疑问：“凸透镜难道可以发散光线吗？凹透镜对光线有发散作用，为什么光线经过凹透镜后，却会聚于一点？”

1.4 只追求教材表述的结论

【案例4】在探究凸透镜成像规律的实验中，为了避免使用蜡烛无法探究成像规律，一般选择“\mathrm{F}”光源进行实验，课堂上也得出了相关结论。如图4所示，当时，在光屏上看到的影像将是哪一个形状的放大像。（填A或B）

（A） ； （B） 。

【问题成因】笔者班级人数共45人，仅5人选对。回答错误的学生结合凸透镜成像规律的理解：当时，成倒立放大的实像，遂得出错误选项B。这部分学生对于放大的实像没有争议，故简化了选项；而倒立不就是要上下相反、左右也相反吗？为什么不选B选项呢？

为了帮助这部分学生解决困惑，笔者在课堂上让其通过实验加以验证，结果是：他们发现自己错了，但无法理解为什么会是这样。同时，他们质疑教材的结论是不是欠妥，从而陷入思维上的迷茫。

2 不当现状原因分析

通过以上具体的实验案例我们不难发现：不当的探究现状，不仅不能帮助学生理解知识的内涵，还会让物理教学陷入迷茫。为此，笔者将不当现状的原因总结为以下几点。

2.1 探究素材单调，学生认知不深

要想让学生真正理解知识与技能，需要他们主动改变认知结构，这就必然要求通过采购与实验相关的器材、采集相关的实验数据、分析相关的实验现象等行为，形成初步的感性认识，进而内化知识。只有这样，学生才会增强对原理的敏感性，进而将感性认识转化为理性认识，促成学生达到真理解的程度。

令人感到惋惜的是，部分教师总是按教材中的器材进行实验，未能将器材的丰富性与现实问题有效结合。比如，在探究透镜对光线作用时，只要再加入一束不一样的光线（图5），学生就会恍然大悟：凸透镜的会聚作用并不是将所有光线简单地会聚于一点。

2.2 缺乏精准指导，探究迷茫失向

教师的教学，是站在终点看起点。所以，教学过程中的难点、易错点对于教师来讲，自然了如指掌。对此，在探究活动开始前，教师就应该设计好科学的指导方案：实验方法、原理、注意事项等都应一项不漏地纳入科学指导之中。若实验缺乏精准指导^［2］，学生就很难理解探究行为的目的、意义，必然无法理解实验内涵，则对其思维进阶、能力提升无法起到助力作用。

必须指出，往往一个实验会杂糅多种现象，而多种现象就会有多种原理。因此，教师帮助学生找出实验的主要因素，分析其内涵，就能防止学生在探究过程中迷失方向；反之，分析不当的结果是学生要想抓住探究活动的本质原理几无可能。

2.3 理论实践脱轨，探究变成走过场

理论与实践，本是思维素养进阶的两条腿，它们属于并轨同行的有机整体，只有协调前行，才能促成学科育人目标的达成。但在初中阶段，很多学生仅看重实验中的结论现象，忽视现象背后蕴含的原理。对于案例1，学生为什么无法理解，其原因正基于此。当问题涉及的情境发生变化后，学生因为难以透彻理解现象蕴含的原理，分析起来自然无据可依，同时一个原理可以有很多现象，这也影响到学生的判断。另外，一部分学生通过预习已提前知道了相关原理，不再认真关注实验现象，觉得不违背原理即可，导致案例4中学生的错误率奇高。进一步说，当学生对“当时，成倒立放大的实像”这个结论记得很熟时，就不再考虑观察视角的问题，错误往往无法避免。

科学理论与探究实践的脱轨，往往会助长“背步骤”“记原理”的错误之风，这将导致学生的实验探究停留在表面，未能完整地经历“提出问题—进行猜想—实验探究—得出结论”的科学探究全过程，必然难有收获。

3 课堂教学策略的优化

初中生的学习应以感性认识为基石，那么实验探究就是最好的素材。只有认真做实验，才能促使学生真正理解实验背后蕴含的原理。在实验探究中，宜以铺设思维台阶、搭建进阶平台、助力深度理解为目标，分别从3个方面优化实验探究教学。

3.1 优化探究路径，铺设思维台阶

（1） 优化素材。

在苏科版物理新教材中，选择烛焰作为研究对象，但其左右对称，所成的像只能体现上下颠倒，而左右是否颠倒，仅凭现象是无法得出结论的，这对学生理解凸透镜成像规律的内涵会形成堵点，因此，教师可以选择案例4中的发光字母“\mathrm{F}”进行实验，优化探究素材，避开烛焰的缺陷，以消除学生理解“倒立实像”本质规律的思维痛点。

（2） 优化问题。

在问题驱动教学的引导路径中，需要注意到：学生不是用做去得出结论，而是由思考引领做，用做验证思考，优化思考的方向。所以，教师要在备课环节上多下功夫，在课堂设计环节要留出合理的时间给予学生思考，同时要设计出符合学生发展需要的问题。以案例2为例，可以设置以下问题。

【问题1】怎样放置凸透镜、光屏、研究对象（成像物体）？（从易操作角度思考）

【问题2】怎样选择物距、像距？（从实验结论的广度、数据测量角度思考）

【问题3】成像规律应怎样分类并进行总结，才更妥当？（引入焦距的倍数作为考量角度）

（3） 优化指导。

在探究之前，调研学情，找准学生实验的探究堵点，摸清认知盲点，设计好突破思维痛点的问题，优化指导。为得出普遍规律，考虑到课堂时间的有限，可借助信息技术针对不同凸透镜实验进行大数据分析，再利用计算机将数据绘制成曲线，即先通过技术创造空间，再利用空间换取时间，就能在有限的时间内直观地呈现规律（图6），从而为学生深刻理解规律的内涵插上腾飞的翅膀。

3.2 优化探究结构，搭建进阶平台

（1） 架构实验与实验之间的桥梁。

将实验与实验进行相关联系，可强化原理蕴含的逻辑关系，并优化学生思维理解路径。例如，在探究凸透镜成像实验中，可用凸透镜直接观察物体（未用光屏），与探究活动中借助光屏进行实验相联系。

对此可以横向对比：要想探究出普遍的成像规律，不仅要知道像的缩放情况，还要知道具体的像距，指出眼睛与光屏的区别——眼睛只能停留在定性层面，而光屏可定量探究物体所成的像（测量、比较像距）。另外，眼睛无法辨别出虚像还是实像，而光屏可弥补该缺陷。

（2） 疏通实验与经验之间的脉络。

在实验过程中，可引导学生将已有经验与实验形成对比，分析光线经过透镜的折射情况，即根据光线遇到透明物质发射折射的经验规律，画出使用透镜的简化图（图7），促成学生对光线作用的理解。疏通实验与经验之间的脉络，就很自然地为学生搭建起了思维认知进阶的平台，自然能帮助其理解其中的内涵。

3.3 优化探究应用，助力深度理解

（1） 联系生活，在探究中解决实际问题。

新课程理念强调物理与生活之间要紧密联系，既要从生活走向物理，又要从物理走向社会，旨在引导学生在实验探究时要注重应用，以加深学生的体验，促进知识的内化。因此，教师可以向学生提出一个实际问题：在做樱桃的宣传推广时，农民伯伯怎样拍照才显得更大？针对问题，要求学生用课堂上探究得出的结论进行说明，阐述实验的物距、像距、像的缩放情况，并与现实情况进行对照，从而帮助学生内化凸透镜成像规律。

（2） 设计挑战，在探究中培养学生的思维。

利用学生的好奇心，设置一些有难度的实验，让学生解释。比如：用水杯看字，为什么会变粗不变高？为什么会左右相反、上下不倒？它是凸透镜吗？满足凸透镜成像规律吗？

上述这些基于反常现象的问题，除帮助学生理解概念的内涵以外，还促使学生走到户外，用太阳光照射，先猜测，再验证，进而思考，反刍挑战任务的内涵，加深理解凸透镜对光线的作用。与此同时，既能使学生真正理解相关知识，又能提升其思维品质，进阶科学素养。

由此可见，探究活动未必能让学生有所收获。对此，教师理应探究知识与学生认知之间的距离，优化具体可行的探究路径，设计学生思维进阶的问题，助力学生深刻理解原理的内涵，不断反思教学活动，以达到学科育人的效果，真正使学生的素养伴随着教学策略的优化而进阶到更高层级。

参考文献

[1] 达亚宁.如何助力学生突破实验难点：以“探究凸透镜成像的规律”为例［J］.中学物理教学参考，2024，53（17）：31-33.

[2] 康丽颖.给孩子提供精准的家校共育指导［J］.人民教育，2019（22）：13-16.