多版本教材整合 優(yōu)化“透鏡”實驗教學

李超 孫立航 姚秀偉

摘?要：“透鏡對光的作用”實驗對于學生深入理解透鏡的作用和透鏡在視力矯正方面的實際應用具有重要的價值.針對以往實驗的不足，提出多維度探究、優(yōu)化探究順序和教師演示與學生實驗相結合等改進建議.

關鍵詞：透鏡;實驗改進;多版本教材整合

文章編號：1008-4134（2020）02-0018?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

通訊作者簡介：姚秀偉（1977-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，講師，研究方向：物理教學論.

關于“透鏡對光的作用”這一知識點，《義務教育物理課程標準（2011版）》要求：認識凸透鏡的會聚作用和凹透鏡的發(fā)散作用.“透鏡”和“透鏡對光的作用”既是“凸透鏡成像”這一核心內容的探究和分析論證前提，也是正確理解“眼球”“視力的缺陷和矯正”的認知前提，因此屬于重要的基礎性知識.每個知識的發(fā)現、建立等過程應以實驗為基礎[1].現將幾個常用版本教材中關于透鏡對光的作用及相關實驗的編寫情況進行對比分析、整合優(yōu)化和改進創(chuàng)新，以求在達到課程標準要求的同時培養(yǎng)學生的探究素養(yǎng).

1?教材中關于透鏡對光的作用實驗的編寫情況

教材是教師實施教學的重要依據和參考，對多版本教材的同一知識點進行對比、整合，可以優(yōu)化教學設計、實施高端備課[2].為了解教材中“透鏡對光的作用”這個知識點的編寫思路和實驗安排，下面從該知識點的呈現方式和相關知識的邏輯順序兩個方面對教科版、人教版等七種版本教材進行統(tǒng)計，見表1.

由表1可知，七種版本的教材與義務教育物理課程標準對此知識點的要求均表現出了高度的一致性.從章節(jié)分布來看，人教版、北師大版、蘇科版和滬粵版將“透鏡”獨立設節(jié)，更顯出知識的獨立性和完整性，而且可以讓學生在充分消化該知識之后再進行“凸透鏡成像”的探究.從編排結構看，除滬科版外，其他版本教材均將凸透鏡和凹透鏡編排在相同位置，方便對比探究或講解;而滬科版將凹透鏡單獨編排在課后的“信息窗”中，位置處于凸透鏡相關知識和凸透鏡成像探究之后，使凸透鏡的知識脈絡更加連貫，但可能會使凹透鏡知識得不到足夠的重視.從相關知識邏輯順序看，六種版本（除教科版外）的教材選擇在認識透鏡之后先給出主光軸、光心等概念，為學習透鏡對光的作用提供概念基礎;教科版始終沒有明確提及主光軸和光心，而是利用冰透鏡聚光的故事和凸透鏡聚光的圖片直接交代焦點和焦距這兩個核心概念.從理解焦點本質含義的需要看，應將焦點的概念建立在主光軸之后;而且教科版教材在后面探究凸透鏡成像的“三條特殊光線”圖示中畫出了主光軸、隱含了光心，因此教學中應在適當位置補充關于主光軸和光心的學習.在提及主光軸和光心的六種版本中，四種版本先根據透鏡與球面的關系給出主光軸，再介紹光心;而蘇科版和滬粵版則相反，將光心概念置于主光軸之前，尤其是蘇科版將主光軸描述成“過光心垂直鏡面的直線”，更方便學生理解和作圖.從呈現方式看，滬科版和滬教版直接將透鏡對光的作用以圖片形式呈現，更注重知識的結果性;教科版、人教版和北師大版則將此安排為演示實驗，可以讓學生經歷現場觀察，增強真實感、親切感和趣味性、探究性;蘇科版和滬粵版將“透鏡對光的作用”安排為學生活動，讓學生通過動腦思考、動手探究和對比分析促進對透鏡作用的理解，更適合于探究式教學.但無論是圖片展示、實驗演示還是學生活動，選擇的內容雖都簡單易做、現象明顯，但也存在不足之處.接下來將對原有實驗安排進行分析并針對問題提出改進建議.

2?“透鏡對光的作用”實驗分析與改進

2.1?原有實驗

從表1列出的演示或學生活動的具體實驗內容看，所有教材均只研究透鏡對平行于主光軸方向光的作用，且進行演示或活動前學生均已了解部分相關概念（如主光軸、光心等）.這樣的實驗設計存在兩個缺點：首先是實驗不全面.除平行光外，還應探究透鏡對非平行光的作用，以便更科學地理解會聚和發(fā)散的含義，有些教師在實際教學中已經有意識地補充了這部分內容[3].其次是光心概念的給出沒有體現探究性，學生并沒有思考為什么引入光心或主光軸，只是被動接受，不易理解其本質，學生思維沒有得到有效發(fā)展.針對上述問題，下面從實驗內容、探究順序和實驗方式幾個方面進行改進.

2.2?改進實驗

2.2.1?實驗內容和探究順序改進

為全面展示透鏡對光的作用，便于學生知識體系的自主建構，改進后的實驗內容和探究順序如圖1所示.

實驗步驟及創(chuàng)新點：從演示透鏡對一束單色光的偏折作用入手，更符合學生認知，因為前面剛剛學過的光的折射規(guī)律探究就是利用一束單色光進行的.觀察一束單色光經透鏡后出現偏折的現象，有利于學生深入理解透鏡的折射本質，從而將新知識融入已有知識體系，并為后面揭示“會聚和發(fā)散的奧秘”奠定基礎.然后組織學生圍繞單色光偏折進行自主深入探究，會有學生發(fā)現經透鏡上某一特定點的光線不發(fā)生偏折的特殊實驗現象，引發(fā)認知沖突，教師恰好可以利用這一認知沖突帶領學生構建光心概念.之后進入多束光探究.以凸透鏡為例，先用三束綠色激光按教材方式發(fā)出平行光從凸透鏡左側垂直鏡面入射，如圖2（a）所示，學生觀察并得出結論后，教師追問：如果光從凸透鏡右側垂直入射或斜入射，光線還會會聚嗎？讓學生嘗試自主探究，并總結出：凸透鏡對各個方向入射的平行光均有會聚作用;保持圖2（a）所示的綠色光線不變，將三束紅光從凸透鏡右側逆著綠色光線方向射向透鏡，讓學生猜測并觀察現象，如圖2（b）所示，引導學生多維度理解折射光路的可逆性;關掉綠色激光筆，只保留紅色光束，如圖2（c）所示，再追問：三束紅光原本交匯于一點，經凸透鏡后卻變成平行光，這時凸透鏡對光還起會聚作用嗎？凸透鏡是否只對平行光有會聚作用？再次設計認知沖突，從而帶領學生正確深入地理解“會聚”作用的含義，構建主光軸、焦點和焦距等概念.最后探究凸透鏡與三棱鏡的關系，揭示凸透鏡會聚的奧秘，體現多維度探究論證的思想.凹透鏡對光的發(fā)散作用也可以采取類似的方法探究.

2.2.2?實驗方式改進

《義務教育物理課程標準（2011版）》強調此階段的物理課程應注意讓學生經歷實驗探究過程.學生實驗可以讓學生經歷演示實驗無法給予的實踐和探究過程，更好地培養(yǎng)學生科學探究素養(yǎng).因此“透鏡對光的作用”教學可采用學生實驗和演示實驗相結合的方式，在初步認識透鏡后，教師先演示一束單色光經透鏡的偏折現象，再組織學生進行精細探究，發(fā)現光心;“透鏡對平行光的作用”也采取先教師演示再學生發(fā)散探究的方式;另外，還可安排學生課后利用白光光源和放大鏡等繼續(xù)探究，練習定量測量焦距;對于學習程度好的學生，甚至可以鼓勵其進行副光軸、副焦點等的嘗試性探究.

3?總結

不同版本教材中“透鏡對光的作用”的編排和呈現各具特色，通過比較和整合不同版本教材資源、改進優(yōu)化實驗內容和方式，找到對知識處理最優(yōu)的方案.

將學生實驗和演示實驗相結合，單束光、平行光、非平行光探究相結合，定性探究與定量測量相結合，讓學生在觀察、思考、分析、實踐和探究的過程中培養(yǎng)多維度探究和發(fā)散性思維，提升核心素養(yǎng).

參考文獻：

[1]趙振宇，黎莎.初中物理教學與學生生活的融合——以“透鏡”教學為例[J].物理教學，2019，41（09）：45-48.

[2]馬曉妍，劉艷超，楊薇.關于凸透鏡成像規(guī)律教學的幾點思考[J].中學物理教學參考，2019，48（17）：38-41.

[3]彭佳，許桂清，吳先球.六種版本初中教材“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗的比較與啟示[J].物理教學探討，2019，37（09）：22-25.

[4]孫玥， 鄧妍. 基于“多版本教材整合”的初中物理備課策略——以"光的反射"為例[J]. 中學物理（初中版）， 2019， 37（16）：59-61.

[5]彭國勇 . 淺論凸透鏡對光的會聚作用[J]. 新課程， 2017（11）：78.

（收稿日期：2019-09-10）