凸透鏡成像規律的教學研究與設計

◆陳煒嶸

作者：陳煒嶸，昆山市城北中學（215316）。

從7個環節引導學生積極參與“凸透鏡成像規律”教學，主動獲取知識，樂于探究，體現課改的“三維”教學目標：創設情境，發現問題；分析討論，大膽猜想；介紹器材，模擬操作；“整體”觀察，“局部”突出；交流合作，分析論證；評估實驗，感悟體驗；動畫總結，深化規律。

“凸透鏡成像規律”是初中光學教學的核心，也是物理教學的一個難點。教學的策略主要是體現課改的“三維”教學目標，引導學生積極參與教學，主動獲取知識，樂于探究。教學中讓學生通過探究活動，得出凸透鏡成像規律。使學生在全過程中參與研究，體驗科學探究的全過程。共可分兩部分進行，前一部分重點在于培養學生猜想能力與設計實驗的能力，后一部分重點在于培養學生對實驗數據的分析和論證的能力，促使學生進一步去探索新的知識與技能，進而開啟新的探索歷程。

1 創設情境，發現問題

1）先要求學生觀看照相機、顯微鏡、哈勃望遠鏡等圖片，指出這些設備都運用了凸透鏡。

2）讓學生拿起桌面上的凸透鏡，背對著窗戶。觀察紙上的一些文字，在發現文字放大的同時，會驚奇地發現紙上出現窗外景物倒立、縮小的像！這是為什么？

3）（回顧上一節課堂問題）用放大鏡（凸透鏡）觀察近處物體時，若適當增大放大鏡與物體間的距離，會看到什么？（動手試一試）（先是正立、放大的像，該像隨物距增大而增大，再是倒立、放大的像，然后是倒立、縮小的像）

問題：凸透鏡成像的情況與物距、像距有關到底存在什么關系呢？從照相機、顯微鏡、哈勃望遠鏡等熟悉的圖片導入，一方面讓學生從熟悉現象中疑問，另一方面是讓學生關注最新科技的發展，增強對自然界的好奇，激發學生的參與欲望。

“意外的發現”是為了提出問題，激發學生的探究欲望；而回顧上一節問題是為了讓學生將這個“鋪墊”撿起來，利用已有的知識可以進行有目的的思考，為下面的猜想打下基礎。

2 分析討論，大膽猜想

情境的展示使學生求知欲望一下子提了起來，思維空前活躍，此時針對上述小實驗中觀察到的現象，教師及時指導學生對成像的情況進行討論，讓他們充分交流并提出猜想：

1）成像情況可能與物距有關？

2）成像情況可能與焦距有關？

3）成像情況可能與像距有關？

4）成像情況可能與凸透鏡大小有關？

這樣設計有利于學生學會在觀察和學習中發現問題，使學生逐步具有觀察和提出問題的能力。

3 介紹器材，模擬操作

1）教師介紹實驗用的器材：光具座、光屏、凸透鏡、蠟燭等。簡單地說一下注意點。

2）學生在電子白板上利用其交互性操作演示一下器材放置的位置，如何調節，見圖1。

3）展示幾張燭焰在光屏位置的圖片，判斷合適與不合適，見圖2。

4）教師針對以上出現的問題。強調燭焰、透鏡、光屏三者的中心要“等高、共軸”。

通過上述學生上來演示模擬使用器材，對可能出現情況的判斷，是為了讓學生暴露出存在的問題，及時改正；其他學生可以更直觀、形象地看到問題產生的原因，從中吸取經驗。?

圖1

圖2

4 “整體”觀察，“局部”突出

先整體是為了學生初步觀察凸透鏡成像的總體變化情況，便于學生建構初步知識。符合學生認知規律，使學生認識初步的變化，在下面的重點學習中可以進一步加深學生對知識的理解。“局部”是指對凸透鏡成某種性質的像，學生再進行數據收集，這樣安排一改以前教科書中先給定物距，然后觀察像的性質并記錄像距的做法，從而降低實驗的難度，提高探究的效率，達到同樣的效果。

5 交流合作，分析論證

“交流合作，分析論證”是科學探究的重要環節，教師應充分創設和抓住機會，讓學生經歷從物理現象和實驗數據歸納出科學規律的過程；同時學生表述自己的觀點，與人交流，也有利于培養學生具有將自己的見解與他人交流的意識，敢于提出與別人不同的見解，能自我反思、聽取別人的意見，勇于放棄或修正不正確的觀點，逐步具有信息交流能力。

教師從不同組中隨機抽取不同焦距時的5組測量數據匯總在表格中。組織學生進行交流，學生很快能發現焦距與物距、焦距與像距、物距與像距之間的初步大小關系。在此基礎上，教師逐步提示：物體通過凸透鏡成像的性質與凸透鏡的焦距有關，并且它還與物距的改變有關。（重點考慮1倍焦距和2倍焦距）進一步分析物距與焦距、像距與焦距關系，得出：

當物距 __焦距時，成倒立、縮小像的__（實/虛）像；

當物距 焦距時，成倒立、等大像的__（實/虛）像；

當物距 焦距時，成倒立、放大像的 __（實/虛）像；

當物距 焦距時，成正立、放大像的__（實/虛）像。

這樣用另一陳述方式，不是重復學生填充的內容，而是向另一角度去思考、歸納，有利于學生更深入地理解和記憶凸透鏡成像的規律，得到兩種完全不同的體驗。在教師和學生一起對前面的猜想進行說明判斷后，教師繼續提出影響凸透鏡成像性質有兩個關鍵位置：一是二倍焦距處；二是一倍焦距處。它們分別如何影響成像的性質？

6 評估實驗，感悟體驗

評估是對探究行為和獲取信息的可靠性進行衡量，科學性是從更嚴密的角度反思的過程，是不可缺少的探究要素。實驗評估主要從實驗過程、實驗數據、主要操作步驟、器材的使用情況著手，仔細分析實驗過程中還有哪些方面存在不足？會有哪些新發現？實驗中出現的問題該如何解決？這樣讓學生對實驗進行改進，優化實驗方案，促進學生實驗能力的形成。

7 動畫總結，深化規律

教師用動畫演示凸透鏡成像的光路圖（如圖3所示），在透鏡及其主軸上標出物體成不同性質的像時，物體及其像的大致位置和性質（即在主軸上用圖示的方法說明當物體從較遠處逐漸靠近透鏡的觀察中，像的大小、正倒、虛實的變化情況），從而幫助學生理解、記憶和從整體上把握凸透鏡的成像規律。

在圖3動畫演示基礎上，教師展示圖4，把凸透鏡的成像規律整體呈現給學生，使學生同時看到各種成像的情況，做到胸有成竹。

同時為了學生進行自主學習，鞏固所學知識，發展分析和解決問題的能力，學了本節內容后讓學生思考：若實驗進行了一段時間，蠟燭變短，像往 （上/下）；若將凸透鏡的一半用紙擋住，像會發生什么變化？若物體從遠處向凸透鏡靠近時，像的性質（指像的大小、虛實和正倒）和像距又會發生怎樣的變化？無論怎樣移動光屏，光屏上都無法在得到清晰的像，可能的原因是什么？若不小心將凸透鏡打碎了一半，還能研究它成像的規律嗎？……這樣讓學生領略到物理知識的應用與延伸，使學生始終保持求知的渴望，激發繼續探究學習的欲望。

總之，在物理課堂教學中，實施探究式教學，能使學生通過經歷與科技工作人員進行科學探究的相似過程，學習物理知識與技能，體驗到科學探究的樂趣，學習科學探究的基本方法；同時通過過程與方法的獲得過程，領悟和形成科學的思想和精神，真正實現課改的三維“目標”。

圖3 作圖法（成實像）

圖4