基于發(fā)現(xiàn)學習突破教學難點

2022-05-23 12:47:32顧永健

物理教師 2022年4期

顧永健

（蘇州工業(yè)園區(qū)星澄學校，江蘇蘇州 215122）

探究“凸透鏡成像規(guī)律”是初中生學習的難點.傳統(tǒng)課堂中，有的教師講一步、學生做一步，將探究實驗變成了驗證實驗，學生被動地“獲得”了規(guī)律；有的教師前期準備不足，中途不斷給學生的探究按下“暫停鍵”，最終出現(xiàn)規(guī)律的“強推硬塞”現(xiàn)象.如何讓探究真實、暢快地進行，是初中教師一直關(guān)注的問題.

布魯納的“發(fā)現(xiàn)學習”是讓學生通過自己發(fā)現(xiàn)知識形成的過程，以獲取知識并發(fā)展探究思維的學習方式.其基本過程是，學生從各種特殊事例歸納出結(jié)論，并用之來解決新問題.在“發(fā)現(xiàn)學習”中，學生的主要任務(wù)不是接受和記住現(xiàn)成的知識，而是參與知識的發(fā)現(xiàn)過程；教師的任務(wù)也不是向?qū)W生傳授現(xiàn)成的知識，而是為學生發(fā)現(xiàn)知識創(chuàng)造條件和提供幫助.基于“發(fā)現(xiàn)學習”的“凸透鏡成像規(guī)律”課堂實踐，引導(dǎo)學生層層深入，從“初探”“再探”到 “精探”，學生自主發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象中隱藏的規(guī)律，有效地突破了教學的難點.

1 教學過程

1.1 初探：凸透鏡能成不同的像

活動1.出示一塊平面鏡，平面鏡能成什么樣的像？你在平面鏡的哪側(cè)去觀察到它成的像？為什么？

活動2.出示一塊大凸透鏡，放在教師的手指前，透過透鏡會看到怎樣的一個像？——正立放大的像.

光線經(jīng)過凸透鏡發(fā)生偏折形成了像，與光的反射不同，如果要看像，則應(yīng)該在光線透過透鏡的一側(cè)去找.

活動3.透過透鏡看遠處的物體，發(fā)現(xiàn)了什么？——倒立縮小的像.

教師將只能由少數(shù)幾個學生觀察的現(xiàn)象，呈現(xiàn)在光屏上——倒立縮小的實像.

在上述活動的基礎(chǔ)上，學生討論、解決以下問題.

（1）同一個凸透鏡，成像不同的原因可能是什么？

（2）如果改變物距，是不是還可以找到更多不同特點的像？

教學意圖：“發(fā)現(xiàn)學習”要充分利用學生已有的知識、經(jīng)驗.在學生學習凸透鏡成像規(guī)律之前，他們已學習了平面鏡成像、凸透鏡對光的作用等知識，有使用放大鏡觀察物體的經(jīng)驗等.這些都是進行“發(fā)現(xiàn)學習”的基礎(chǔ).從平面鏡成像到凸透鏡成像，讓學生發(fā)現(xiàn)了更多不一樣的像，很順利地引導(dǎo)學生進行了猜想.針對凸透鏡成像規(guī)律的復(fù)雜性、物理名稱的多樣性，在教學中通過光屏接收，自然地引出了“倒立縮小的實像”，至于“正立放大”的是虛像還是實像，教學中并沒有直接給出答案，而是設(shè)置懸念，在探究過程中再逐步完善.另外，通過平面鏡利用光的反射成像與凸透鏡利用光的折射成像的對比，也為怎樣找凸透鏡成的像留下伏筆.

1.2 再探：物距不同，像距不同，像也不同

出示物體（用LED燈帶自制F發(fā)光體）、演示用凸透鏡（直徑約15 cm，固定在鐵架臺上）和光屏（半透明膜蒙在1 m×1 m的木框上）.

師：由前面的活動可知，凸透鏡、物體和光屏按怎樣的順序擺放？

生：凸透鏡在中間，兩側(cè)分別擺放物體和光屏.

師：將凸透鏡固定在中間某個位置，然后將物體不斷地移動，從而改變物距去找像.

師：像要成在光屏中央，像才完整.請兩位同學上講臺移動光屏，看如何才能做到？

生：透鏡的光心、發(fā)光物體的中心和光屏的中心要在同一直線上.

師：測凸透鏡焦距時，太陽光要正對凸透鏡.三心在一條直線上就夠了嗎？

生：三者的中心還要在同一高度上.

師：如何讓光屏上的像最清晰？請同學繼續(xù)移動光屏，找到解決的辦法.

生：光屏上得到像后再將光屏前后移動，使像最清晰.

師：如何找到更多的像？此時像到透鏡的距離會變化嗎？

生：移動物體，讓物體處在離凸透鏡不同的位置.光屏上的像要清晰，像距也要變化.

在將物體放在凸透鏡前不同的距離處，并移動光屏，居然分別得到了兩種像——倒立縮小的實像、倒立放大的實像.

師：我們不僅要得到像，更要研究成像背后的規(guī)律，你認為要作哪些記錄？

生：物距u、像距v和像的特點（正立/倒立、放大/縮小等）.

出示光具座，學生思考并討論，光具座的設(shè)計是否能方便地幫助大家解決以上問題.

教學意圖：“發(fā)現(xiàn)學習”要讓學生通過觀察、操作、體驗等方式經(jīng)歷實驗探究過程，教師則要思考優(yōu)化實驗器材，科學組織探究過程.其中對實驗器材的認識和實驗操作要點的理解是科學探究中不可忽略的環(huán)節(jié).幾乎每個學校的實驗室都配備了光具座，但它的出現(xiàn)不能太突然，否則較多的操作要點，容易讓學生手忙腳亂，使探究無法正常開展.教學中充分利用教材提供的實驗圖（如圖1），并選取大口徑凸透鏡、自制發(fā)光體和光屏，進行探究前的系列鋪墊、熱身活動，有效地避免了傳統(tǒng)教學中“教師示范操作、學生模仿驗證”的做法.通過活動，學生發(fā)現(xiàn)物體、凸透鏡和光屏“三心等高共線”是為了像完整成在光屏中央，前后移動光屏是為了找到更清晰的像；而要比較物距、像距，自制的教具存在一定的困難——這些體驗，為學生對光具座的認識和使用、對實驗方案的設(shè)計和進一步分組探究掃清了障礙.

圖1

1.3 精探：像距、物距與焦距間的關(guān)系

利用光具座、發(fā)光物體、凸透鏡（f=10 cm）和光屏，要求學生在光屏上分別找到縮小的像和放大的像，讀出光具座上對應(yīng)的物距、像距，并填在設(shè)計的表格中（如表1）.

表1 實驗記錄

師：請同學們分析表格中數(shù)據(jù)，凸透鏡成倒立縮小像時物距和像距的大小關(guān)系？成倒立放大像時物距和像距的大小關(guān)系又怎樣？

生：u＞v時，成倒立縮小的實像；u＜v時，成倒立放大的實像.

生：物距越大，像距越小；反之，物距越小，像距越大.

師：凸透鏡能成倒立等大的實像嗎？如何用實驗證明你的猜想？

生：可以將光源和光屏同時向兩側(cè)移動相同距離，直到像清晰時為止.

學生再探，將現(xiàn)象補充在表1中，發(fā)現(xiàn)凸透鏡成倒立等大的實像時，u=v=2f.換個f=20 cm或其他焦距的凸透鏡實驗，結(jié)果也是如此.

結(jié)論：凸透鏡成倒立等大實像的條件：u=v=2f.凸透鏡成縮小像的時候，u＞2f，v＜2f；成放大像的時候，u＜2f，v＞2f.引導(dǎo)學生再觀察表1各次實驗中物距、像距的大小，還有什么更新的發(fā)現(xiàn)？

生：物距、像距都比焦距大.

師：這不會又是一個了不起的發(fā)現(xiàn)吧？如果物距小于焦距，會成什么樣的像？

學生實驗，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動光屏，都不能得到清晰的像.

師：不成像嗎？會不會是我們找像的方法不正確？前面的的像都能用光屏接收，是實像，這次會不會是虛像？

師：開始上課時我們用平面鏡觀察過虛像，因為是光的反射，所以我們逆著反射光線的方向看到了虛像.如果凸透鏡能成虛像，是光的折射，你認為可以怎樣看到虛像？

生：逆著折射光線的方向.

學生交流討論觀察虛像的方法，并將光屏取下，眼睛朝著透鏡的方向觀察，看到了正立放大的像.

師：剛上課時凸透鏡放在老師手指前，大家看到的就是正立放大的虛像，也就是我們熟悉的用放大鏡近距離觀察時，物體所成的像.請同學們再猜u=f時凸透鏡能成怎樣的像？

動畫演示：折射光線或折射光線的延長線無法相交，說明不成像.

結(jié)論：一倍焦距也是個特殊的位置.u=2f與u=f是凸透鏡成像時的兩個特殊位置，在這兩個位置，像的大小、虛實分別發(fā)生了變化.

師：大家回看各次實像和成虛像時的數(shù)據(jù)，能說說它們與2f、f間的大小關(guān)系嗎？像距是不是也有這樣的特點？

師：像距沒有小于一倍焦距的，是實驗次數(shù)太少還是另有原因？如果我們將物體移到3f、4f、5f甚至更遠的地方像會在一倍焦距以內(nèi)嗎？

生：不需要.剛上課時，教室外遠處的物體經(jīng)凸透鏡在光屏上成的也是倒立縮小的實像.

師：平行光經(jīng)凸透鏡會聚于焦點.遠處物體成像，相當于平行光，像靠近焦點，但不會到達焦點.所以成實像時，像永遠在一倍焦距以外.u＞2f，f＜v＜2f，這就是凸透鏡成倒立縮小實像的條件.請同學們把其他各次實驗的物距、像距與f、2f的大小關(guān)系用不等式列出來，找出并交流凸透鏡成像的規(guī)律.

教學意圖：凸透鏡成什么像，是由它的物距、像距與焦距間的關(guān)系決定的，凸透鏡成像的規(guī)律也就是找物距、像距與焦距間的關(guān)系，這將是學生遇到的最大的難題.在“發(fā)現(xiàn)學習”中，教師通過設(shè)置問題情境，提供有助于形成概括結(jié)論的路徑，提升學生探究發(fā)現(xiàn)的品質(zhì)和能力.從在光屏上找到一個像開始，讓學生交流各自的物距、像距大小，引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)各種現(xiàn)象的顯著特點并逐步縮小觀察范圍，最終將注意力集中在“u=2f成倒立等大實像”這個中心點.在此基礎(chǔ)上，引發(fā)學生對“u=f”又一個特殊位置成像的猜想并加以驗證，推導(dǎo)概括出結(jié)論.對于虛像的觀察和位置的判斷，源于平面鏡成像與光的折射知識的學習，教師充分把學習主動權(quán)還給學生，引導(dǎo)學生將獲取的新知納入到認知結(jié)構(gòu)中的適當位置，并運用于新的情境中，使其得以鞏固和深化，形成遷移能力.

2 實踐體會

在分析教材的基礎(chǔ)上，圍繞學習目標，教師創(chuàng)設(shè)臺階式問題情境，為學生搭建自主探究的平臺，讓學生親歷問題的形成、問題的解決過程，經(jīng)歷嚴謹?shù)姆治雠c推理過程，加深對物理現(xiàn)象的感知和對規(guī)律的整體把握.學生在學習活動中出現(xiàn)思維障礙而無法突破時，教師要通過引導(dǎo)來激活學生的思維，促其自主探究、自主發(fā)現(xiàn)能順利進行.對于學生的大膽設(shè)想教師應(yīng)給予充分肯定，對其合理成分及時給予鼓勵，愛護、扶植學生的自發(fā)性直覺思維，讓學生感到心理自由和安全，不斷樹立學習的自信心.本課中，學生的探究并未就此停止，在教師引導(dǎo)下他們還將繼續(xù)針對下面的問題進行探究.

（1）通過透鏡可以直接看到虛像.則成實像時，不用光屏用眼睛能直接看到嗎？應(yīng)如何觀察？

（2）既然凸透鏡成像與物距、像距和焦距有關(guān).如果用不同的焦距的透鏡，同一物距，成的像是相同還是不同呢？

（3）實驗中，光屏上找不到像的原因可能有哪些？