在物理教学中图像提供有效学习支撑的应用
张林
【案例描述】
《光的折射》是上海市“二期课改”《物理》八年级第一学期教材中的内容.光的折射是重要的光学现象，是理解透镜成像的基础，同时又是解释日常生活中许多光现象的基础.光的折射现象学生比较熟悉，也比较感兴趣，通过对现象的分析，培养学生密切联系实际，运用科学知识来解释一些现象，更重要是激发学生学习兴趣.
本次教研的主题是图像让课堂更生动，所以在学习的支撑上都以图像作为学生理解课堂提问、实验设计、分析归纳的重要成分，考虑到执教时间为40分钟，执教[JP2]班级学生在全市处于中等状况，笔者将学习目标确定为：
知道光的折射现象及折射光线和折射角，知道光的折射规律及知道光路的可逆.
整节课预设的教学流程大致有三个环节.教学环节一：创设情境；教学环节二：探究光的折射规律；教学环节三：生活应用.
【“环节一”教学片段】
师：从前，在一口废井里，住着一只青蛙，它只见过井口上小小的天空.（播放“坐井观天”实时录像.）
师：看到了什么？
生：两颗星星.
师：下了一场大雨后.（在教具中加入水.）
师：现在你们又看到了什么？
生：很多星星.
师：为什么和之前有区别？
生：前者没有水，后者有水.
师：这个现象叫光的折射，我们一起研究一下.（播放活动一的内容）
（板书：光的折射）
此处的情景原理是光从空气斜射入水中，会发生偏折的.在之前的教学中，我们常用杯底现字或现币作为开场的情景，要从某一特殊的角度去观察现象，现象的大小程度不明显，而且与课本上光从空气斜射入水中的条件不符合，无法使学生产生浓厚的兴趣.本节课采用，水下放置摄像头，拍摄没水与有水两种不同视野的景象，能让学生很清楚地看明白视野的变化，也比较简单地明白光的折射需要光在传播时经过两种不同透明介质.
师：请介质为水的同学看左图，介质为玻璃的同学看右图，根据图像里空气中的入射光线位置及活动一要求进行实验，并完成练习1.
（配上图片，是为了学生在不理解实验要求时，能抬头看一下图中入射光线的位置，并模仿图上光具盘里激光的摆放，既是对课堂的一种辅助.）
师：我们获得什么结论呢？
生：光从空气斜射入水（玻璃）时，在水（玻璃）的界面上发生偏折.
（板书绘出光的折射光路图）
师：这个角叫做什么？这条光线叫做什么？在水（玻璃）中的光线叫做什么？水中的角叫做什么？
生：入射光线、反射光线，入射角、反射角，折射光线、折射角.
学生对老师提出的每一个问题都要有理解，才能回答出.在情景中，笔者设计的问题简单明了，学生只要看情景说现象，用有和没有两个词语就能很好地对比不同的情景.每一次的问题都是学生思考之后再回答，若教师不放手一直辅导帮忙，只会使学生对这个现象不理解.
（此环节的作用就是学生通过坐井观天的情境与活动一的实验对比，得出光从空气斜射入另一种透明介质会发生偏折.本课以学生为本，教师为辅.学生参与其中，自己动手、分析光的折射现象，教师活动只能是提问与组织，简洁的语言才能让学生有更多的时间去自己发现问题、探究问题和理解问题）
【“环节二”教学片段】
师：下方的折射光线到底往哪个方向呢？
师：在探究前，我们一起回忆光的反射规律.
（投影光的反射规律）
生：反射光线、入射光线和法线在同一平面内.反射光线、入射光线在法线两侧.反射角等于入射角.
师：在光的折射中，又可以研究什么呢？
师：请同学小组讨论一下.
（光的反射实验是光的折射的实验基础，两个实验都是对光路改变方式的研究，所以有相似的地方，笔者通过列出光的反射规律后，学生类比、讨论，光的折射中，可能会有哪些相似的规律，提出问题与猜想.让学生经历方法的使用过程，对接下来的实验设计作好铺垫）
生：折射光线、入射光线和法线是否在同一平面内？折射光线、入射光线是否分居液面的两侧？折射角与入射角是否有关？
师：我们发现两个实验有相似、相近的地方，这就是类比法，能够根据其他实验的规律，对我们今天要学的现象提出合理的猜想.
师：有了猜想之后，我们要通过什么来验证猜想呢？
生：实验.
师：在光的反射实验中，这些规律都是如何验证的呢？
生：可以翻折反射光线一侧的小门，观察小门上的反射光线是否存在.
师：我们来看一下××同学是怎么验证的.（播放 “光的反射实验”视频）
（这么做，教学时间节省下来，不仅为学生接下来设计光的折射实验过程提供了很好的、规范的语言格式，而且在这个教学点上，也不需要过多干涉学生的回忆.PPT中使用动画循环的方式，无形中让学生不由自主地根据刚才的所见所闻去设计光的折射实验）
师：类比一下左侧实验的方法，在光的折射中，如何验证三线共面呢？
生：翻折折射光线一侧的小门，观察折射光线是否存在.
学生演示光从空气斜射入水中折射.在水中，翻折下方PE板.
师：观察现象，可得什么结论？
生：光从空气斜射入水中，折射光线、入射光线和法线在同一平面内.（板书：三线共面）
师：请同学讨论，设计剩余猜想的验证方法.
生：多次改变入射光线的位置，并记录下入射角和折射角.
师：请同学们根据自行设计的方案进行实验.
（引导学生思考问题，设计实验方案，组织交流，点评学生的方案，纠正不足之处，完善实验设计.在学生进行实验时，巡视指导，指导学生从实验得出结论.并组织部分小组汇报实验结果）
师：根据两张表格的数据，可得结论是什么？
生：光从空气斜射入水（玻璃）时，折射角小于入射角.
师：再看一下数据的变化，还有什么新发现？
生：入射角变大，折射角变大.
师：入射角相同时，水（玻璃）中的折射一样吗？得到什么结论呢？
生：不同介质对光的折射本领不同.
（对于表格的分析，学生分析得到的结论往往是片面的，通过提问让学生再看一下数据变化的方式，让学生明白实验的分析不是只有比较大小，还可以分析如何变化.对今后其它的实验归纳方法的学习有很大的帮助.）
师：再看一下我们的猜想，是否都得到了解答呢？
生：做实验时同时也发现了折射光线与入射光线在法线的两侧.
师：在学习光的反射时，我们还发现光路是可逆的.
（教师展示光的反射实验图）
师：在光的折射中，是否也存在可逆？如何验证？
生：从原来折射光线的位置再入射回去，观察现在折射光线的位置.
师：大家动手做做看.
师：根据现象，得到的结论是？
生：在光的折射中，光路是可逆的.
图像在教学中起到的作用巨大，就好像一场球赛的进球镜头一样，现场的球迷看了以后没有太多感觉，但是当这镜头能在大屏幕上重复不断地播放时，球迷的心情肯定也跟着激动起来.学生需要动力才能更好地自我探究，那就是动画的效应.
（此环节中，大量使用实验装置图，甚至是动画，为的是让繁琐的实验步骤简单化、便捷化，但是只用图片让学生自己去理解，困难还是很大的，所以在动画的基础上配上学生的视频.这样学生理解时即看到了班中同学拍视频时的风采，也能模仿该视频中同学的操作过程，达到寓教于乐的效果.）
【“环节三”教学片段】
笔者邀请两位学生，在黑板上做出光的折射图像，两人都很规范，画出了光路中的法线，但是其中一位同学却标错了反射角的位置.
师：请这位同学看一下错在哪里了呢？
此时，该同学并没有发觉位置错误，而是丢给大家一句：“噢！我画的角度太大了！”
底下的同学哄堂大笑.但是他仍然没有意识到自己的问题.
师：其实你的折射角标的位置有问题.折射角是哪两条线的夹角呢？
生：折射光线与法线的夹角.（恍然大悟）
（学生对于折射角的概念还是没有弄明白，当光线从玻璃斜射入水后，看得景象和实验过程中的现象不同，学生对折射角所在位置就产生了偏差.在探究光的折射规律过程中，学生归纳得出的结论也不能应用于所有光的折射现象，所以环节三中此处是一大败笔.）
师：筷子放入水中，水中的筷子发出的两条光线进入空气后的折射光线该怎么画呢？
笔者巡视了学生们所画的，将某一位学生的图放在投影仪上.
师：这位同学你用到了什么规律去画呢？
生：入射角变大，折射角变大.
（此处是对学生的一个考验，光路图的绘画是根据光路传播的规律来完成的，学生画完后，说出原理，就是对规律的合理使用）
师：空气中这两根线不能相交，但在水中却有交点，这个点便是筷子的虚像，它被抬高了.
（理解虚像是最费力的一件事，在应用环节中，笔者忽略了一点，在学生完全不理解的情况下，应该将道理解释清晰，将其改成：“人眼只认直线传播过来的光，而折射光线并非直线传播而来，反向延长回去就是人所认为的光源.”）
师：开头的青蛙为什么看到的东西变多了呢？
生：由于光的折射，视野开阔了.
（此处应将有水、没水的两类图像对比，让学生运用对比法，看出光路的不同，对光的折射应用才能很好地解释清楚.此环节中，主要通过建模，画图的方法对物理现象作出解释，如果让学生在一幅图中既要画出入射光线，又要画出折射光线，那是难上加难.所以，此环节上首先要有光的折射规律的简单作图应用，让学生熟悉给一条光线画另一条光线的方法，再给出生活实际场景，根据给定的入射光线或折射光线，去画折射光线或入射光线.这就是一种心理暗示，让学生照着做，进行模仿，等他学会后，再进一步更难的现象用光路图进行解释.）
不过，学生的能力最多就停留在画出光线为止，若要让其解释虚像问题，现在还太早.所以图像对学生解释生活现象的应用方面还不是很成熟.
【案例分析】
图像为学生查找、获取和处理提供了帮助.本节课中，学生的学是因引入的情景产生了动力、因“静”与“动”两种图像产生了润滑作用的一种自主的学习，为学生提供了有效的学习支撑.
物理是一门实验学科，学生要经历猜想、设计、实验、分析和归纳等过程才能对一个物理概念有初步认识.在教学中，采用学生小组讨论、小组实验，学生间相互合作完成探究.整节课学生采取数据分析法、多次图像对比法归纳出光的折射规律.从教学实录中，可以发现学生在学习时，离不开图像；在提问、探究时离不开图像；在应用、现象解释中，更离不开图像.图像变成学科知识获取时，不可或缺的提示.整堂课上，学生获得的知识与方法不是来自于空洞的概念讲授，而是教师不断地在恰当的时机，为学生提供不同的图像，使得学生结合这些图像与自己的思考才有了新的记忆.
现在图像运用的层次仅仅停留在教师提供给学生层面.笔者认为，更好的学习便是学生自主产生使用图像去解决问题的意识.它需要在老师的帮助下逐步形成.在学生活动中，将图像法与其它方法对比，比出其中的优劣，学生便根据学习结果作出调整，挑选出较为简单的图像法，通过反复不断地强调，学生可以体会到图像法解决问题的便捷性、直观性.
本节课以案例的形式介绍了图像提供有效学习支撑的应用，无论“动”与“静”的图像，都是教学中的一小步的突破.实验与图像的交融，让学生在其中更好地体验、更好地学习和更好地探究.
【案例描述】
《光的折射》是上海市“二期课改”《物理》八年级第一学期教材中的内容.光的折射是重要的光学现象，是理解透镜成像的基础，同时又是解释日常生活中许多光现象的基础.光的折射现象学生比较熟悉，也比较感兴趣，通过对现象的分析，培养学生密切联系实际，运用科学知识来解释一些现象，更重要是激发学生学习兴趣.
本次教研的主题是图像让课堂更生动，所以在学习的支撑上都以图像作为学生理解课堂提问、实验设计、分析归纳的重要成分，考虑到执教时间为40分钟，执教[JP2]班级学生在全市处于中等状况，笔者将学习目标确定为：
知道光的折射现象及折射光线和折射角，知道光的折射规律及知道光路的可逆.
整节课预设的教学流程大致有三个环节.教学环节一：创设情境；教学环节二：探究光的折射规律；教学环节三：生活应用.
【“环节一”教学片段】
师：从前，在一口废井里，住着一只青蛙，它只见过井口上小小的天空.（播放“坐井观天”实时录像.）
师：看到了什么？
生：两颗星星.
师：下了一场大雨后.（在教具中加入水.）
师：现在你们又看到了什么？
生：很多星星.
师：为什么和之前有区别？
生：前者没有水，后者有水.
师：这个现象叫光的折射，我们一起研究一下.（播放活动一的内容）
（板书：光的折射）
此处的情景原理是光从空气斜射入水中，会发生偏折的.在之前的教学中，我们常用杯底现字或现币作为开场的情景，要从某一特殊的角度去观察现象，现象的大小程度不明显，而且与课本上光从空气斜射入水中的条件不符合，无法使学生产生浓厚的兴趣.本节课采用，水下放置摄像头，拍摄没水与有水两种不同视野的景象，能让学生很清楚地看明白视野的变化，也比较简单地明白光的折射需要光在传播时经过两种不同透明介质.
师：请介质为水的同学看左图，介质为玻璃的同学看右图，根据图像里空气中的入射光线位置及活动一要求进行实验，并完成练习1.
（配上图片，是为了学生在不理解实验要求时，能抬头看一下图中入射光线的位置，并模仿图上光具盘里激光的摆放，既是对课堂的一种辅助.）
师：我们获得什么结论呢？
生：光从空气斜射入水（玻璃）时，在水（玻璃）的界面上发生偏折.
（板书绘出光的折射光路图）
师：这个角叫做什么？这条光线叫做什么？在水（玻璃）中的光线叫做什么？水中的角叫做什么？
生：入射光线、反射光线，入射角、反射角，折射光线、折射角.
学生对老师提出的每一个问题都要有理解，才能回答出.在情景中，笔者设计的问题简单明了，学生只要看情景说现象，用有和没有两个词语就能很好地对比不同的情景.每一次的问题都是学生思考之后再回答，若教师不放手一直辅导帮忙，只会使学生对这个现象不理解.
（此环节的作用就是学生通过坐井观天的情境与活动一的实验对比，得出光从空气斜射入另一种透明介质会发生偏折.本课以学生为本，教师为辅.学生参与其中，自己动手、分析光的折射现象，教师活动只能是提问与组织，简洁的语言才能让学生有更多的时间去自己发现问题、探究问题和理解问题）
【“环节二”教学片段】
师：下方的折射光线到底往哪个方向呢？
师：在探究前，我们一起回忆光的反射规律.
（投影光的反射规律）
生：反射光线、入射光线和法线在同一平面内.反射光线、入射光线在法线两侧.反射角等于入射角.
师：在光的折射中，又可以研究什么呢？
师：请同学小组讨论一下.
（光的反射实验是光的折射的实验基础，两个实验都是对光路改变方式的研究，所以有相似的地方，笔者通过列出光的反射规律后，学生类比、讨论，光的折射中，可能会有哪些相似的规律，提出问题与猜想.让学生经历方法的使用过程，对接下来的实验设计作好铺垫）
生：折射光线、入射光线和法线是否在同一平面内？折射光线、入射光线是否分居液面的两侧？折射角与入射角是否有关？
师：我们发现两个实验有相似、相近的地方，这就是类比法，能够根据其他实验的规律，对我们今天要学的现象提出合理的猜想.
师：有了猜想之后，我们要通过什么来验证猜想呢？
生：实验.
师：在光的反射实验中，这些规律都是如何验证的呢？
生：可以翻折反射光线一侧的小门，观察小门上的反射光线是否存在.
师：我们来看一下××同学是怎么验证的.（播放 “光的反射实验”视频）
（这么做，教学时间节省下来，不仅为学生接下来设计光的折射实验过程提供了很好的、规范的语言格式，而且在这个教学点上，也不需要过多干涉学生的回忆.PPT中使用动画循环的方式，无形中让学生不由自主地根据刚才的所见所闻去设计光的折射实验）
师：类比一下左侧实验的方法，在光的折射中，如何验证三线共面呢？
生：翻折折射光线一侧的小门，观察折射光线是否存在.
学生演示光从空气斜射入水中折射.在水中，翻折下方PE板.
师：观察现象，可得什么结论？
生：光从空气斜射入水中，折射光线、入射光线和法线在同一平面内.（板书：三线共面）
师：请同学讨论，设计剩余猜想的验证方法.
生：多次改变入射光线的位置，并记录下入射角和折射角.
师：请同学们根据自行设计的方案进行实验.
（引导学生思考问题，设计实验方案，组织交流，点评学生的方案，纠正不足之处，完善实验设计.在学生进行实验时，巡视指导，指导学生从实验得出结论.并组织部分小组汇报实验结果）
师：根据两张表格的数据，可得结论是什么？
生：光从空气斜射入水（玻璃）时，折射角小于入射角.
师：再看一下数据的变化，还有什么新发现？
生：入射角变大，折射角变大.
师：入射角相同时，水（玻璃）中的折射一样吗？得到什么结论呢？
生：不同介质对光的折射本领不同.
（对于表格的分析，学生分析得到的结论往往是片面的，通过提问让学生再看一下数据变化的方式，让学生明白实验的分析不是只有比较大小，还可以分析如何变化.对今后其它的实验归纳方法的学习有很大的帮助.）
师：再看一下我们的猜想，是否都得到了解答呢？
生：做实验时同时也发现了折射光线与入射光线在法线的两侧.
师：在学习光的反射时，我们还发现光路是可逆的.
（教师展示光的反射实验图）
师：在光的折射中，是否也存在可逆？如何验证？
生：从原来折射光线的位置再入射回去，观察现在折射光线的位置.
师：大家动手做做看.
师：根据现象，得到的结论是？
生：在光的折射中，光路是可逆的.
图像在教学中起到的作用巨大，就好像一场球赛的进球镜头一样，现场的球迷看了以后没有太多感觉，但是当这镜头能在大屏幕上重复不断地播放时，球迷的心情肯定也跟着激动起来.学生需要动力才能更好地自我探究，那就是动画的效应.
（此环节中，大量使用实验装置图，甚至是动画，为的是让繁琐的实验步骤简单化、便捷化，但是只用图片让学生自己去理解，困难还是很大的，所以在动画的基础上配上学生的视频.这样学生理解时即看到了班中同学拍视频时的风采，也能模仿该视频中同学的操作过程，达到寓教于乐的效果.）
【“环节三”教学片段】
笔者邀请两位学生，在黑板上做出光的折射图像，两人都很规范，画出了光路中的法线，但是其中一位同学却标错了反射角的位置.
师：请这位同学看一下错在哪里了呢？
此时，该同学并没有发觉位置错误，而是丢给大家一句：“噢！我画的角度太大了！”
底下的同学哄堂大笑.但是他仍然没有意识到自己的问题.
师：其实你的折射角标的位置有问题.折射角是哪两条线的夹角呢？
生：折射光线与法线的夹角.（恍然大悟）
（学生对于折射角的概念还是没有弄明白，当光线从玻璃斜射入水后，看得景象和实验过程中的现象不同，学生对折射角所在位置就产生了偏差.在探究光的折射规律过程中，学生归纳得出的结论也不能应用于所有光的折射现象，所以环节三中此处是一大败笔.）
师：筷子放入水中，水中的筷子发出的两条光线进入空气后的折射光线该怎么画呢？
笔者巡视了学生们所画的，将某一位学生的图放在投影仪上.
师：这位同学你用到了什么规律去画呢？
生：入射角变大，折射角变大.
（此处是对学生的一个考验，光路图的绘画是根据光路传播的规律来完成的，学生画完后，说出原理，就是对规律的合理使用）
师：空气中这两根线不能相交，但在水中却有交点，这个点便是筷子的虚像，它被抬高了.
（理解虚像是最费力的一件事，在应用环节中，笔者忽略了一点，在学生完全不理解的情况下，应该将道理解释清晰，将其改成：“人眼只认直线传播过来的光，而折射光线并非直线传播而来，反向延长回去就是人所认为的光源.”）
师：开头的青蛙为什么看到的东西变多了呢？
生：由于光的折射，视野开阔了.
（此处应将有水、没水的两类图像对比，让学生运用对比法，看出光路的不同，对光的折射应用才能很好地解释清楚.此环节中，主要通过建模，画图的方法对物理现象作出解释，如果让学生在一幅图中既要画出入射光线，又要画出折射光线，那是难上加难.所以，此环节上首先要有光的折射规律的简单作图应用，让学生熟悉给一条光线画另一条光线的方法，再给出生活实际场景，根据给定的入射光线或折射光线，去画折射光线或入射光线.这就是一种心理暗示，让学生照着做，进行模仿，等他学会后，再进一步更难的现象用光路图进行解释.）
不过，学生的能力最多就停留在画出光线为止，若要让其解释虚像问题，现在还太早.所以图像对学生解释生活现象的应用方面还不是很成熟.
【案例分析】
图像为学生查找、获取和处理提供了帮助.本节课中，学生的学是因引入的情景产生了动力、因“静”与“动”两种图像产生了润滑作用的一种自主的学习，为学生提供了有效的学习支撑.
物理是一门实验学科，学生要经历猜想、设计、实验、分析和归纳等过程才能对一个物理概念有初步认识.在教学中，采用学生小组讨论、小组实验，学生间相互合作完成探究.整节课学生采取数据分析法、多次图像对比法归纳出光的折射规律.从教学实录中，可以发现学生在学习时，离不开图像；在提问、探究时离不开图像；在应用、现象解释中，更离不开图像.图像变成学科知识获取时，不可或缺的提示.整堂课上，学生获得的知识与方法不是来自于空洞的概念讲授，而是教师不断地在恰当的时机，为学生提供不同的图像，使得学生结合这些图像与自己的思考才有了新的记忆.
现在图像运用的层次仅仅停留在教师提供给学生层面.笔者认为，更好的学习便是学生自主产生使用图像去解决问题的意识.它需要在老师的帮助下逐步形成.在学生活动中，将图像法与其它方法对比，比出其中的优劣，学生便根据学习结果作出调整，挑选出较为简单的图像法，通过反复不断地强调，学生可以体会到图像法解决问题的便捷性、直观性.
本节课以案例的形式介绍了图像提供有效学习支撑的应用，无论“动”与“静”的图像，都是教学中的一小步的突破.实验与图像的交融，让学生在其中更好地体验、更好地学习和更好地探究.
