“探究凸透鏡成像規律”教學難點突破

(浙江省杭州市余杭區星橋中學，浙江 杭州 311100)

1 問題的提出

1.1 教學重點的應然:由教材內容和地位決定

浙教版初中科學七年級“探究凸透鏡成像規律”是光學部分的重點，也是近年中考的考點，它在教材中有重要地位，承前:光的折射知識；課中:讓學生動手探究實驗，整理分析數據總結規律；啟后:理解規律，靈活運用物理知識解釋生活中折射現象。

1.2 教學難點的必然:受學生思維水平的限制

該教材將原本在八上的“透鏡成像”改編在七下，凸透鏡成像情況復雜，操作繁雜，成像的觀察和規律的總結又要運用數據去抽象、歸納[1]，初一學生還是以形象思維為主，抽象概括以及遷移能力還比較弱，數理邏輯和空間思維難點如此緊密相連，使學生難以理解。

1.3 新手試教的茫然:初次教學結果的反饋

有新教師先自行設計教案：創設情境，引入新課，利用自制簡易照相機，站在不同位置，讓學生觀察所成像的特征并比較，引發對凸透鏡成像的思考。課堂上學生茫然無措，不知如何做實驗和記錄，探究活動處于無序狀態，無法順利完成教學目標，作業正確率低。

1.4 教學靈感的豁然:受到集體智慧的啟發

備課組經過深入討論，從顯微鏡觀察“上”字時上下、左右相反得到啟發，進行了實驗改進:(1) 將光源用“F”光源代替蠟燭；(2) 為了便于讀數比較像與物的大小，設計帶刻度的光屏，用“愛心”LED燈引入新課，讓學生在指向明確的活動中實驗，上成了一堂有趣又生動的探究課。

2 問題呈現:凸透鏡成像教學難以突圍的困局

2.1 凸透鏡成像教學存在的問題

2.1.1 情境導入欠恰當

有的教師從自制的簡易照相機引入，只做演示實驗，不能激活學生的前概念，以引發學生進一步思考。也有教師有不同的情境引入。

案例1:看一看，通過凸透鏡看手指和遠處的物體。

案例2:做一做，比較通過彈珠看景物與實際景物的區別。

案例3:玩水珠，用手指在透明膠片上滴一滴水，觀察水珠下面的字。

多數教師創設的情境雖不同于課本，卻是學生已了解或是不太感興趣的。

2.1.2 分組實驗欠有序

這節課的新概念多，有像距、物距、焦點、焦距、光心、實像、虛像、光屏、光具座等，要理解這么多新知識著實困難，出現分組實驗時學生操作無序，不知道怎么觀察虛像，混淆物距與像距、實像與虛像的區別等。

2.1.3 規律探究欠自主

有的教師用自制的簡易照相機觀察后，提出問題:凸透鏡的成像情況與物距有什么關系?并提供了數據，在已知焦距的情景下，列舉了幾組不同數值的物距和像距，讓學生說出成像的規律。這屬于牽著學生的鼻子走，是給出而不是得出成像規律，影響學生對規律的感悟和深度理解。

2.2 凸透鏡成像教學難點分析

2.2.1 學生的前概念與成像規律不一致

對于凸透鏡，學生知道它叫放大鏡，能放大物體，但對凸透鏡成像的大小和虛實等知之甚少，在生活中經常看到浴缸里的魚等，學生認為凸透鏡僅能起放大作用，其持有的前概念會造成負遷移作用，使凸透鏡能成縮小的像或虛像的新知難以得到順應與轉化。

2.2.2 學生的思維跟不上復雜的實驗操作

本實驗器材較多，需要記錄的數據也較多，既要調節蠟燭，又要調節光屏，還要在同一水平線上，蠟燭火焰會晃動，難以精準地找到清晰的像、在不同物距下測像距、分析所成像的性質。以上內容對于抽象概括能力還弱的初一學生來說，思維很難跟上。

2.2.3 教師的引導方式缺乏嚴謹性

有的教師展示了自制照相機，將投影儀上的畫面在不同位置投射給學生看，讓學生分析為什么能成倒立縮小的像？學生不知如何找規律，在后來的小組實驗中，也沒有強調實驗注意事項，缺乏必要的指引。

3 問題解決:創新實驗設計，尋找數據規律

如何創新導課實驗，設置學生感興趣的情境，順應和轉化學生的前概念？如何全面呈現不同物距所成的像，以加深學生的感性認識？如何引導學生分析數據，得出成像規律？

3.1 “愛心”LED燈的創新引入

本節課既是學習凸透鏡成像原理，又是進一步理解投影儀、照相機和眼睛成像原理的基礎。新課導入必須層層遞進，使學生置于真實的情境中，由淺入深[2]。我們采用LED燈做“愛心”燈樣，放在光具座上讓學生觀察(如圖1)，拋出問題:如何做讓自己也收到愛心？像的形狀如何？

圖1

圖2

學生利用已有的器材(凸透鏡、紙)，動手擺放，得到愛心圖樣，觀察愛心像和實物的區別，為了明確何為倒立和正立，將“愛心”燈倒放，再一次讓學生觀察比較。

利用帶刻度的紙板，對所成像進行讀數。通過數據分析，進一步提問:為什么前后同學得到的“愛心”大小不一樣？引出新問題:為什么凸透鏡離光源越遠所成的像越小？有什么規律？

在這個情景中，學生通過親身體驗，認識了光具座，并學會找到清晰像的方法，學會在數軸上直觀表示所成像的性質(倒立、虛實、大小)，并看到所成像的性質隨著物距的變化而改變，為后續探究實驗做好鋪墊。

3.2 實驗儀器的創新改進

如圖2所示，用“F”型的LED燈代替蠟燭，不會晃動，更容易、準確地找清晰的像及所在位置，更好地比較成像的性質，且可以旋轉甚至遮擋部分透鏡，讓學生在變換中觀察、感受。

為了便于讀取物距、像距，將凸透鏡直接固定在光具座中間位置50cm處，將LED燈的中心與光心調到同一高度上，學生移動LED燈，觀察到“F”像的大小和正倒的變化，興趣大增。

3.3 探究活動的科學設計

依據實驗的難度設置不同梯度的問題，設計表格給學生指明要測的物理量，操作起來就不會漫無目的，就容易找到規律，活動分為遞進式的三步。

3.3.1 記錄準確數據

為了引導學生順利完成實驗，導學案中給出了表1，讓學生深刻感受到成三種不同性質的像時，每一種像的像距與物距大小的關系。

表1

問題：當凸透鏡成像情況相同時，像距和物距之間有什么關系？

在未知焦距前提下，研究不同物距下的像的性質，利用所測數據并簡單得出成像性質與物距、像距的關系。并利用學生所測數據，展示在展臺上，如圖3所示，利用顏色依次進行像的區分，讓學生從整體感受變化[3]。引導學生分析以及歸納，簡單得出如下結論:

圖3

(1)u>20cm，10cm

(2)u=20cm，v=20cm，成倒立、等大的實像。

(3) 10cm20cm，成倒立、放大的實像。

3.3.2 尋找數據的規律

告知學生凸透鏡焦距，讓他們尋找每兩種像的分界點，完成u=2f、u=f成像情況的探究，了解影響成像的因素只有物距、焦距。對于u

(1)u>2f，f

(2)f2f，成倒立放大實像。

(3)u=2f，v=2f，成倒立等大實像。

(4)u=f，不成像。

(5)u

另外通過“一進一退”游戲，物和像的位置用事先準備好的圖片以及所成不同像的圖片用雙面膠粘在黑板上，叫學生上臺相互配合，讓下面的學生直觀地感受物體離凸透鏡越近，所成像發生的變化，總結得到成像特點:物近像遠大。

3.3.3 深化規律的理解

為了讓學生能夠更加形象地了解凸透鏡成像特點，課后還可引導學生通過繪圖感知規律，以加深學生對這一內容的理解。并總結出便于記憶的口訣：“平行過焦點，過焦反平行，經心直傳去，三取二便成”。[4]

經過不斷地與學生的交流和互動，有層次地進行引導，逐步讓學生得出凸透鏡成像的完整規律，形成正確的認知，化解了教學難點，培養了自主探究能力以及邏輯思維能力。

4 效果分析:前后對照有實效

兩次“探究凸透鏡成像規律”的教案設計，分別在兩個平行班進行教學，學生認知水平差不多，實驗改進后教學效果明顯。通過課堂上檢測對比，明顯是修改后上課學生掌握度較高，能口頭總結凸透鏡成像規律。

5 感悟與思考

5.1 實驗創新要與時俱進

教材是用蠟燭做光源燭焰會晃動，不易找到清晰的像，很難判斷像與物是否等大。改用LED燈做光源很好地解決了這個問題，將動態轉為靜態，輕松地突破了本節的難點，特別是用“F”型燈替代蠟燭后所成像的大小、正倒、左右非常直觀地呈現出來，增強了課堂探究的趣味性。

5.2 教學要發展學生思維

本節課教學并不在于教師有沒有把成像規律講得清、分析透，而是在于教師有沒有引導學生在實驗操作中觀察、分析，得出規律，將知識序轉化為實驗操作的思維序，實現具體形象思維向抽象思維轉化，最后問學生凸透鏡被擋住一半時成像會怎么變？以培養學生科學思維能力。

5.3 方法要靈活，激趣多變

本節課通過創新實驗，激起了學生的學習興趣，用表格的形式、圖像的方法、以及模擬物與像“一進一退”的游戲，讓學生扮演角色、體驗參與，采用可視化的貼圖把復雜問題直觀條理化、簡約高效化，營造了生動的課堂，讓學生樂在其中。

總之，對重點和難點密集的探究課，需從學情、教材出發，創新設計，在體驗中學習，在互動中思考，培養學生的動手、觀察、分析和歸納能力，突破難點，提高實效。

參考文獻：

[1] 陸瑾.如何突破凸透鏡成像規律的教學難點[J].江蘇教育(中學物理)，2015,(7).

[2] 楊賢.學生DIY作品實現教學創新設計[J].中學物理(初中版)，2016，34(12).

[3] 劉征.應用圖像法解決凸透鏡成像問題[J].中學物理(初中版)，2017，35(1).

[4] 成金德.凸透鏡成像作圖大觀[J].理科考試研究(初中版)，2016，23(11).