基于学科工具的初中物理《平面镜成像》智慧教育案例研究
秦雯 巩晓雁 钟永江
● 开启智慧平台，播种智慧种子
2016年9月济南市天桥区智慧教育云平台正式启用。三年来，天桥教师一直在探索信息技术在教学中的有效结合，学习的脚步从未停止过。2017年，天桥区教育局组织了各学科的100名教师到东北师范大学了解智慧教育的理念，并初步尝试进行信息技术手段支撑下的智慧课堂构建。2018年，天桥区教育局对100名种子教师开展了智慧教育种子教师跟岗培训，通过入校听课交流、观摩智慧教育基地校课堂教学实践，学习智慧教育理念下的智慧课堂设计、构建途径及实践经验，借助线上案例学习活动，掌握信息技术与学科教学深度融合的思路与方法，通过课堂教学实践、专家到校指导，促进教师对智慧课堂设计与构建的实践及学科工具的深化应用，优化课堂。作为智慧种子，笔者有幸在全区教育信息化的变革大潮中扎根发芽、成长开花。
● 尝试智慧平台，思考问题所在
随着对智慧课堂的不断学习和深入了解，笔者发现很多原来解决不了的难题可以迎刃而解。例如，《平面镜成像》一节从教材编排上是在学习了光的直线传播与光的反射的基础上，学习认识平面镜成像，它是前两节课知识的应用;另外，本节课学生将探究平面镜成像的特点，这个探究是学生学习物理之后遇到的第一个比较完整的科学探究。这个探究在整个初中物理探究性学习中起示范作用，本节课的一些研究方法和思路，也适合于后面凸透镜成像的研究和学习。
本节课的重点是探究并知道平面镜成像的特点，难点是虚像概念的理解和理解用玻璃板替代平面镜的研究方法。在备课时，笔者发现利用常规教学手段对突破重难点有一定局限性，主要困难有以下几点：①在探究平面镜成像特点的实验中，实验成功的关键在于设计方案的清晰展示，笔者尝试过让学生上黑板展示设计方案，或由学生口述方案，或教师给学生演示实验等，但黑板是平面的，实验过程的演示呆板抽象，而如果由教师给学生演示，则又无法促使学生自主思考。②学生通过实验探究亲身体验知道平面镜成像的特点，以往都是口述展示实验结论，由于实验器材较小，这种方式不能使所有学生都清晰明了地感受大小关系，也不易立体地看到替代法的应用。③学生对平面镜成像实质的理解难以从形象思维向抽象思维转化，对这一知识点只能死记硬背。
● 借助备课助手，优化课堂教学
针对上述问题，笔者借助智慧教育平台中的备课助手，找到了有效的方法突破难点，取得了满意的效果。
①在实验探究中的设计实验环节，智慧教育平台的备课助手中设置了“同步实验”，其中的探究实验有平面镜成像的实验操作，它可以三维立体地展示实验方案，学生可以将实物设计和虚拟展示相结合。例如，可以利用虚拟实验室分享自己的设计，展示结束后，其他组补充点评并提出疑问。通过生生互动、师生互动，理解和突破利用替代法比较物与像大小关系这一难点。
②在实验探究中的分析与论证环节，智慧教育平台的备课助手中设置了“三维工具”，其中的光学部分有平面镜成像的三维实验室。关于平面镜成像的实质和虚像问题，学生只是通过观察确定，并不知其原理，针对这个难点，可以让学生先讨论思考，成果展示则让学生利用虚拟实验室展示作图过程，通过师生互动，共同归纳出平面镜成像的原理是光的反射，虚像不是由实际光会聚形成的这一结论，并总结虚像定义，真正突破虚像这一难点。
案例设计
《平面镜成像》教学设计
1.课程标准
通过实验，探究平面镜成像时像与物的关系。知道平面镜成像的特点及应用。
2.学习目标
①能总结出平面镜的概念;②能在实验探究中总结出平面镜成像的特点;③在实验探究中能主动操作，能用自己的语言对实验现象做出总结;④利用平面镜的成像特点解释一些简单的现象与问题。
3.评价方案
通过活动一，能认真观看视频，能认真观察平面镜，善于发现问题，根据观察到的现象能用准确的语言总结归纳平面镜的概念。检测目标①的达成。
通过活动二，能认真观察实验现象，善于发现问题，积极思考回答问题。根据观察到的现象能提出有价值的探究问题，积极主动地回答问题，善于探求和分析物理结论，表达能力强。能用准确的语言归纳平面镜成像的特点。检测目标②③的达成。
通过活动三，能认真观察，积极与同伴合作，主动参与交流和实验探究过程，合作意识强。善于观察分析物理事实，发现问题能积极主动思考，探求物理结论，能通过观察发现平面镜的特点在生活中的应用。检测目标④的达成。
4.教学过程
（1）视频引入
以加菲猫照镜子的视频引入本节课题，视频中，加菲猫很容易就发现另一只小猫不是镜子里的自己，而是在模仿自己，是因为它了解平面镜成像的特点。
设计意图：借助智慧教育平台备课助手中的链接微视频功能，通过动画吸引学生的注意力，充分利用学生好奇心强的特点，激发学生兴趣，使其快速进入本节课的学习，引入本节课题。
（2）新课讲授
活动一：“探”平面镜的概念。
活动任务：用自带的小镜子观察镜子里的自己，然后总结什么是平面镜，并说一说生活中常见的平面镜，做好展示准备。
设计意图：明确课堂模式，体现主体教学理念，激发学习动机。培养观察能力，通过生活中的现象，提出与物理有关的问题，开启探究学习的大门。
（3）明确特点
活动二：“探”平面镜成像特点。
提出问题：①观察平面镜里，你看到的脸跟你真实的脸一样大吗？②当你远离平面镜时，成像到平面镜的距离是否变化？远离还是靠近？平面镜成像的特点是什么？学生根据导学案及生活实际进行猜想。
猜想假设：学生观察平面镜中的成像，猜想平面镜的成像跟物之间有何关系，通过观察活动，提出平面镜成像的特点的猜想，如①像和物的大小可能相等;②像和物体到平面镜的距离可能相等;③镜中的像是正立的或是倒立的;④物体到平面镜的距离发生变化，像的大小也发生变化;⑤像與物体左右相反……
有些猜想和假设是可以直接观察到的，而有些仅仅是猜想，要科学地确定这些观点是否正确，需要通过实验验证。设计实验部分分为动手设计和展示设计两个环节。
动手设计环节：在做实验之前，要制订实验计划，包括实验需要什么器材、如何进行、观察什么、记录什么。每组学生选择使用桌面上的实验器材，也可以使用其他的器材，制订出一个完整的计划。
①学生自选器材：A.平面镜、玻璃板;B.刻度尺、量角器;C.蜡烛（等大或不等大）、棋子、手电筒、夹子、白纸、方格纸。
②学生设计实验：a.将一张8开的白纸用图钉或透明胶条固定在水平桌面上，用两个夹子夹住一块玻璃板，竖立在白纸上。b.把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，观察到玻璃板后面出现了蜡烛的像。拿光屏在镜子后面来回移动，观察光屏上是否有像。c.另拿一支相同的蜡烛在玻璃板后面移动，在玻璃板前面观察，使它与前面蜡烛的像重合，比较物与像的大小关系。这时，后一支蜡烛的位置就是前一支蜡烛的像的位置。改变玻璃板前面蜡烛的位置，重复上述实验过程，每次都记下两支蜡烛的位置。d.在白纸上画出玻璃板的位置，移开玻璃板，用刻度尺画实线，把每次实验中两支蜡烛的位置连接起来，量出两支蜡烛到玻璃板的距离，记录下来并比较它们的大小，再用量角器测量两支蜡烛的位置连接与镜面的关系。e.学生设计表格（如下表）。
设计意图：引导学生正确进行探究设计，让学生学习围绕探究目的选择仪器，培养逻辑思维能力以及带着任务去讨论的习惯。要求学生在设计的同时，也在培养设计实验的能力与制订计划的能力。
展示设计环节：实验设计结束后，引导学生分享实验设计。为了让学生更清晰直观展示，借助备课助手中“同步实验”的探究实验功能，鼓励学生大胆质疑别组的方案，学生利用“同步实验”展示用没点燃的蜡烛替代像，提出“替代法”这一探究方法（如右图）。
设计意图：平面镜成像是本课重点，又是通过实验验证得出的，一个好的设计方案是实验成功的关键。学生借助备课助手中同步实验的“探究实验”进行演示、操作，理解并掌握实验的方法，而且在备课助手的一次次演示中，发挥学科工具的优势，弥补设计与想象的不足，突破替代法比较物和像的大小关系这一难点。
学生分组实验，记录数据，并到讲台前展示实验过程，呈现数据，归纳结论。师生共同总结平面镜成像的特点：像与物的大小相等;像和物体到镜面的距离相等;像和物体对于平面镜是对称的;平面镜所成的像是虚像。同时，教师提出问题：①实验中为什么用玻璃板而不用平面镜？②实验中为什么要用两支完全相同的蜡烛？③如果通过玻璃板看到了两个像，原因是什么？如何克服这个现象？
设计意图：在探究“平面镜成像特点”中领略物理现象的美妙与和谐，体会获得知识的成功感，提高学生质疑、分析、总结解决问题的能力。通过学生的互动，培养学生发散思维能力和创新意识，同时也培养学生逻辑思维能力和语言表达能力，体现学生的主体地位。
教师提出问题：烛焰发出的光遇见平面镜会怎样？我们为什么能看到周围的物体？学生先独立思考并讨论，为了让学生更好地理解虚像，教师利用备课助手中的“三维工具”，呈现正确的作图过程，让学生深入理解平面镜成像原理是光的反射，平面镜所成的像是虚像。虚像不是实际光会聚而成的，用光屏承接不到。
设计意图：利用三维工具作图，能让学生清晰地看到反向延长线，真正突破虚像不是由实际光线会聚形成的这一难点。在三维实验的直观感受下将学生的思考推向深入，引导学生进行逻辑思考和推理，为后面学习凸透镜成像特点也做好铺垫。
（4）深入探究
活動三：“探”平面镜成像特点的应用。
①用平面镜观察眼睛不能看到的物体，如自己的面容、姿势、口腔内牙齿等，结合这些谈谈平面镜的作用。②根据潜望镜的光路，说出其中两个平行的平面镜的作用。③在你的生活中，哪些地方存在因为使用平面镜而造成的光污染？它属于什么反射？你的防治建议是什么？
设计意图：知道平面镜的应用，把学习的知识融入到生活中，培养学生科学的态度和责任。
（5）课堂小结及布置作业（略）
智慧反思
本节课的教学过程使学生感到轻松、愉悦，笔者将信息技术与传统教学有效融合，帮助学生掌握重点、突破难点，取得了不错的教学效果。
但本节课也存在几点不足：一是由于学生能力发展的不平衡，在施行新型教学方式时有部分学生感到有一定难度，在展示环节还要继续培养学生的综合能力。二是探究过程中“提出问题”环节仍由教师抛出问题，学生自主提问、猜想、探究能力有待加强。三是本节课属于实验探究课型，中间还穿插难点的突破，时间安排方面有点紧张，一节课的时间没有完整地完成整节课的教学。
应用信息技术上好物理课，并不是简单地在物理课堂教学中用到计算机、多媒体，也不是信息技术与物理教学的叠加，而是把信息技术与物理学习进行有效融合，在信息技术的辅助下激发学生学习物理的兴趣，引导学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。智慧教育要求在整个教学过程中所有的参与者都是智慧的，教师作为引导者要拥有智慧教育理念，促进学生智慧地发展。利用信息技术创设情境引导学生自主探究，让学生在信息技术手段支持下参与学习过程，利用信息技术进行学习、分析、评价等教学方式正符合智慧教育的理念。科技不断发展，信息技术的表现形式将是无限的，有限的是教师对信息技术的掌控程度。在今后的教学中，笔者要争取将信息技术更好地融合到物理教学中，让物理课堂成为智慧课堂，将学生培养成为智慧型学生，也让自己成长为智慧型教师。
