淺析科學(xué)素養(yǎng)下“探究凸透鏡成像規(guī)律”的教學(xué)反思

蘇春永

【摘 要】本文通過“探究凸透鏡成像規(guī)律”引導(dǎo)學(xué)生明白凸透鏡成像情況與物距有關(guān)，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究興趣，讓學(xué)生經(jīng)歷產(chǎn)生學(xué)習(xí)探究興趣、發(fā)現(xiàn)問題、激發(fā)知識(shí)辯證的矛盾、進(jìn)一步解決問題的學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及論證等能力。

【關(guān)鍵詞】凸透鏡;凸透鏡成像規(guī)律;物距;蠟燭;科學(xué)探究

【中圖分類號(hào)】G633.7 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ?【文章編號(hào)】1671-8437（2021）10-0140-02

引導(dǎo)學(xué)生探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生開展因果關(guān)系的推理分析，使學(xué)生掌握從特殊過程到一般過程，找到普遍的探究科學(xué)規(guī)律的方法，培養(yǎng)學(xué)生正確處理信息的科學(xué)能力，激發(fā)和提高學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。教師要引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)探究的正確步驟，找到凸透鏡成像規(guī)律，真正樹立科學(xué)的價(jià)值觀。

1 ? 探究凸透鏡成像步驟的教學(xué)反思

在八年級(jí)物理“探究凸透鏡成像”的教學(xué)中，由于剛剛接觸物理，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)既要背誦一些物理概念和規(guī)律，又要開展常規(guī)計(jì)算，難以產(chǎn)生尋找良好學(xué)習(xí)方法的興趣。所以在實(shí)驗(yàn)開展前，筆者先讓學(xué)生測量本次實(shí)驗(yàn)中凸透鏡的焦距，給學(xué)生解說與凸透鏡有關(guān)的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生用平行于主光軸的燭焰光線射向凸透鏡的中央，當(dāng)學(xué)生在凸透鏡的另一側(cè)用光屏承接到一個(gè)最小最亮的點(diǎn)時(shí)，讓學(xué)生再用刻度尺測量這個(gè)亮點(diǎn)到凸透鏡光心的距離，即凸透鏡的焦距f。有的學(xué)生注意力很集中，可有的學(xué)生測量時(shí)要么產(chǎn)生錯(cuò)誤，要么誤差較大。為什么會(huì)產(chǎn)生這些錯(cuò)誤呢？實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，筆者讓學(xué)生在水平桌面上放好光具座，并向?qū)W生強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)桌水平放置的重要性，接著讓學(xué)生在光具座上從左到右依次放置蠟燭、凸透鏡、光屏，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)節(jié)凸透鏡和光屏，使凸透鏡和光屏的中心跟蠟燭火焰的中心大致在同一高度。有些學(xué)生調(diào)節(jié)得非常好，可有些學(xué)生調(diào)節(jié)時(shí)手忙腳亂，沒有科學(xué)對(duì)待實(shí)驗(yàn)，沒有真正理解實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性。有些學(xué)生好奇地問筆者凸透鏡的中心、光屏的中心、燭焰的中心為什么要在同一高度。教學(xué)時(shí)筆者并沒有告訴學(xué)生答案，而是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這樣做是為了使像能清晰地呈在光屏的中央，便于較好地觀察像的大小。筆者再引導(dǎo)學(xué)生固定好凸透鏡在光具座上的位置，使蠟燭位于凸透鏡的2 f以外。在學(xué)生移動(dòng)光屏的過程中，筆者要求學(xué)生注意觀察光屏上的成像情況，直到觀察到光屏上出現(xiàn)一個(gè)最清晰的蠟燭火焰的像時(shí)停止。然后，筆者讓學(xué)生仔細(xì)觀察此時(shí)像的情況，其是一個(gè)倒立的火焰，而且是比燭焰小的實(shí)像，要求學(xué)生仔細(xì)測量并記錄好此時(shí)的物距u和像距v，把物距、像距與凸透鏡的焦距 f、2 f 比較。之后讓學(xué)生移動(dòng)凸透鏡，使物距u等于二倍焦距，移動(dòng)光屏，觀察光屏上的成像，其是一個(gè)倒立等大的實(shí)像，筆者又讓學(xué)生測量出此時(shí)的物距和像距的大小，思考如何運(yùn)用此原理測量凸透鏡的焦距。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有所提高，筆者讓學(xué)生繼續(xù)使?fàn)T焰位于凸透鏡一倍焦距 f 和二倍焦距2 f 之間，同時(shí)移動(dòng)光屏，直到觀察到光屏上出現(xiàn)一個(gè)倒立、放大的實(shí)像。讓學(xué)生繼續(xù)探究當(dāng)物距u等于焦距 f 時(shí)在光屏上能否觀察到像，并思考此過程中為什么不能成像？最后讓學(xué)生使?fàn)T焰位于凸透鏡的焦距 f 以內(nèi)，移動(dòng)光屏，學(xué)生觀察到此時(shí)光屏上得不到像。讓學(xué)生撤去光屏，問學(xué)生在右邊光屏側(cè)可以看到什么。學(xué)生回答后，筆者總結(jié)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)是正立放大的虛像[1]。

2 ?探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí)學(xué)生找不到像的原因教學(xué)反思

在探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，要調(diào)節(jié)蠟燭火焰、凸透鏡和光屏的中心，使三者的中心大致在同一高度，以便使像成在光屏的中央。可有的學(xué)生探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí)，無論怎么向左或者向右移動(dòng)光具座上的光屏，燭焰都不能在光屏上成像。這時(shí)教師應(yīng)適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生正確進(jìn)行科學(xué)探究，懂得科學(xué)的核心是探究，學(xué)習(xí)物理就要學(xué)會(huì)科學(xué)探究，了解科學(xué)探究的重要性，產(chǎn)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)積極性。

讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究得知，第一種情況是燭焰、凸透鏡、光屏的中心不在同一高度。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)蠟燭越燃燒越短，光屏上像的位置是會(huì)越來越高還是越來越低？探究過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)像會(huì)越來越高。對(duì)于調(diào)整的方法有哪些，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究的過程中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)只將光屏向上移動(dòng)、或者只將蠟燭向上移動(dòng)、或者只將凸透鏡向下移動(dòng)。同時(shí)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中可能發(fā)現(xiàn)，像在光屏的左側(cè)或者右側(cè)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)什么以及如何進(jìn)行調(diào)節(jié)。教師還要引導(dǎo)學(xué)生思考如果實(shí)驗(yàn)中不小心摔爛了凸透鏡，而此時(shí)沒有備用的凸透鏡，或者是遮住凸透鏡的一部分，成像效果是怎樣的。教師要激發(fā)學(xué)生的好奇心，通過科學(xué)探究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)此時(shí)仍會(huì)有一個(gè)完整的像，只不過沒有原來亮，而是暗了些。

讓學(xué)生探究得知，第二種情況是蠟燭到凸透鏡的距離等于凸透鏡一倍焦距或者是在一倍焦距以內(nèi)。此時(shí)教師要讓學(xué)生科學(xué)探究，積極發(fā)揮思維想象。在開展“探究凸透鏡成像”規(guī)律時(shí)，讓學(xué)生明白加近視鏡也就是在燭焰和凸透鏡之間加上一個(gè)凹透鏡，因?yàn)榘纪哥R對(duì)光具有發(fā)散作用，像距將會(huì)變大，像也變大。讓學(xué)生繼續(xù)探究，如果在燭焰和凸透鏡之間加上遠(yuǎn)視鏡，或者說再加一個(gè)焦距小的凸透鏡，像會(huì)如何變化，學(xué)生發(fā)現(xiàn)像距變小了，像也要變小。

讓學(xué)生探究光屏上不成像的又一個(gè)原因，物體和像的距離太大，且大于光具座的長度。讓學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)，此時(shí)在光屏上無法成像。在開展“探究凸透鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓學(xué)生探究近視眼的成因，思考如果用水和塑料袋做水凸透鏡，向塑料袋內(nèi)注入水時(shí)，像會(huì)怎么變化。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)注入水后水凸透鏡會(huì)變厚，此時(shí)凸透鏡對(duì)光的折射作用變強(qiáng)，像將成在光屏之前，即遠(yuǎn)處的物體的像將成在視網(wǎng)膜之前。此時(shí)要使像成在光屏上，應(yīng)當(dāng)在燭焰和凸透鏡之間加上一個(gè)焦距合適的凹透鏡。

3 ? “探究凸透鏡成像規(guī)律”教學(xué)總結(jié)的反思

凸透鏡對(duì)光有匯聚作用，凸透鏡對(duì)光的匯聚作用是光通過它的兩側(cè)表面時(shí)都發(fā)生折射時(shí)造成的。凸透鏡的焦距長短反映了凸透鏡本身對(duì)光的匯聚作用的強(qiáng)與弱，焦距短的凸透鏡對(duì)光的匯聚作用強(qiáng)，同時(shí)凸透鏡的凸起程度決定了它的焦距的長與短，凸透鏡表面越凸，凸透鏡的焦距就越短，凸透鏡的匯聚能力就越強(qiáng)。教師教學(xué)時(shí)要讓學(xué)生科學(xué)探究物理知識(shí)，找出適合學(xué)生記憶的有關(guān)凸透鏡成像的規(guī)律，簡單說：“一倍焦距分虛實(shí)，二倍焦距分大小。成實(shí)像時(shí)，物距增大，像距減小，像變小;物距減小時(shí)，像距增大，像也變大。成虛像時(shí)，物距增大，像距變大，像也變大。”

反思“探究凸透鏡成像規(guī)律”教學(xué)中存在的問題以及在未來教學(xué)中需要注意的相關(guān)問題：①教師上課之前應(yīng)要求學(xué)生有效開展本課的相關(guān)預(yù)習(xí)。唯有準(zhǔn)備充足，才可以確保本堂課的順利完成（如：了解探究的核心目的;u、f、v的具體概念;本次探究的核心環(huán)節(jié)等）。②探究實(shí)驗(yàn)之前，讓學(xué)生先將透鏡固定，然后記錄透鏡兩側(cè)的一倍、兩倍焦距的位置，充分明確具體范圍，那么在探究時(shí)物距范圍就看蠟燭放在哪個(gè)范圍，像距就看最后像最清晰時(shí)光屏所在的范圍。③整個(gè)過程如果教師引導(dǎo)太多，那么留給學(xué)生自主探究思考的機(jī)會(huì)就不多，但讓學(xué)生自己探究，他們又不能找到方向，所以教師就要選擇一個(gè)合適的收放點(diǎn)[2]。教學(xué)過程中要第一時(shí)間引導(dǎo)以及啟發(fā)學(xué)生開展探究活動(dòng)。如光屏、凸透鏡與蠟燭三者的中心在同一高度，教師要采取信息快遞的方式給出學(xué)生操作要求，而不是讓學(xué)生思考回答。第一組數(shù)據(jù)可以在教師的悉心指引下完成，第二組數(shù)據(jù)可以由小組合作完成，然后再引導(dǎo)學(xué)生探究像距和物距的變化規(guī)律。④凸透鏡成像規(guī)律很抽像，不易直接獲得，教師應(yīng)盡量在學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的前提下，將成像光路圖結(jié)合起來，讓學(xué)生更容易獲得規(guī)律。⑤教學(xué)過程中要重視培養(yǎng)學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象探究以及總結(jié)規(guī)律的能力，培養(yǎng)學(xué)生的整體能力，進(jìn)一步傳授學(xué)生物理問題的相關(guān)研究方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周秀玲.有限的課堂時(shí)間，無限的探究生機(jī)——關(guān)于《探究凸透鏡成像規(guī)律》的課堂新嘗試[J].湖南中學(xué)物理，2016（11）.

[2]劉炳昇.通過實(shí)驗(yàn)尋找規(guī)律的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)——以“探究凸透鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)課為例[J].物理之友，2014（4）.