基于真實情境的“問題導向”復習教學
——以復習“光的折射”為例

張俊輝

（蘇州高新區第一初級中學校，江蘇 蘇州 215010）

1 問題提出

傳統的教學以知識點的掌握為核心，而忽略真實情境下的問題解決能力培養，不利于學生核心素養的提高，而實際問題需要真實情境來呈現.物理情境的呈現有多種方式，其中真實情境既方便呈現，又便于教師在課堂中檢驗學生解決問題的正確性.所以筆者據此提出，復習課中要創設真實情境，引發學生認知沖突，讓學生帶著濃厚的興趣來解決實際問題，并通過實驗去驗證學生問題解決過程的可行性和結果的正確性.下面以復習蘇科版八年級物理“光的折射”為例，探討在課堂中讓學生利用凸透鏡成像知識去研究新的螺紋透鏡，認識螺紋透鏡成像本質，發現螺紋透鏡的應用價值，促進學生對光的折射規律的深度學習，提高核心素養.

螺紋透鏡又稱菲涅爾透鏡，是由法國物理學家奧古斯汀·菲涅爾發明.最初為燈塔設計，需要找一個大孔徑的凸透鏡，將燈放在凸透鏡的焦點上，目的是使光照得更遠.但是大孔徑的凸透鏡很重，使用起來不方便，所以就要尋找替代品，在此背景下，菲涅爾發明出螺紋透鏡.它一般是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，薄片的半邊是平整的，另半邊刻有同心圓的螺紋，對光的作用就是靠這邊同心圓的螺紋，所以稱為螺紋透鏡.

2 實施過程

《義務教育物理課程標準（2011年版）》對“光的折射”的教學要求是：“探究并了解光的折射現象及其特點；認識凸透鏡的會聚作用和凹透鏡的發散作用；探究并知道凸透鏡成像的規律；了解凸透鏡成像的應用.”所以，對照課程標準，在復習好基礎知識后，教師可以讓學生嘗試解決一些生活中的實際問題.首先在課堂中創設真實情境：教師出示螺紋透鏡，并播放預先錄制的“陽光下的螺紋透鏡可點燃木頭”的視頻，如圖1所示，讓學生對研究螺紋透鏡產生興趣，并在后續的研究過程中真正理解學習內容.以下是教師引導學生研究的幾個問題.

圖1 螺紋透鏡點燃木頭

問題1.為什么這塊塑料板能將太陽光會聚？

設計意圖：看起來平整的塑料板放在太陽光下，竟然能將木頭燃燒起來，引起學生認知沖突：這個塑料板和普通的塑料板有什么區別，為什么這樣神奇？不僅能將太陽光會聚，而且能將木頭燒焦.普通透明塑料板不會對光有會聚作用的，因為學生通過光的折射規律知道光若透過厚度不變的透明介質（如玻璃磚）后方向不變.激發學生在真實情境下的研究熱情，然后教師設計這些子問題引導學生：

問題1.1：為什么凸透鏡、凹透鏡對光有不同的作用？目的是讓學生進行知識的前后聯系，由兩個透鏡對光的作用聯想其本質是光的折射，這是知識體系的建構過程.

問題1.2：為什么透過教室窗玻璃看外面的景物，沒有變大也沒有縮小？目的是讓學生思考平行的玻璃磚對光線的作用，即復習折射規律，又為下面螺紋透鏡需要將凸透鏡“挖掉”中間平行的無用材料作鋪墊.

問題1.3：如何減輕凸透鏡的重量？把凸透鏡“挖掉”部分材料，變成薄玻璃板？目的是讓學生進行知識應用創造過程，在不影響凸透鏡對光作用的前提下，把透鏡無用材料“挖去”，減輕其重量.如圖2是部分學生創作的“作品”，已經很接近真實的原理圖了，接下來教師投影螺紋透鏡原理圖（如圖3所示），以及部分學生正確的設計圖，學生便恍然大悟.

圖2 學生作品

圖3 螺紋透鏡原理圖

問題2.有哪些方法測量螺紋透鏡的焦距？

設計意圖：引導學生回憶所有測量凸透鏡焦距的方法，然后根據螺紋透鏡的特點，選擇一種合適的方法測量其焦距.學生看到實驗中木頭被燒焦，知道由于螺紋透鏡很大，能將很多的太陽光會聚于一點，所以焦點非常亮，這種方法測焦距會傷害眼睛.所以只能用其他方法測量，如圖4所示是學生利用成等大實像的方法測量焦距，最終測出其焦距是15 cm.

圖4 用凸透鏡成像規律測焦距

問題3.螺紋透鏡能制作照相機嗎？

設計意圖：用螺紋透鏡制作照相機.學生已經學習并探究了凸透鏡成像的規律，所以學生對照相機的原理有了一定的了解.在制作照相機時，由于傳統凸透鏡的口徑小，采光面小，若直接用傳統的凸透鏡對著不能發光的人和景物時，光屏上一般很難得到清晰的像.為了讓學生理解照相機的原理，在課堂上一般采用蠟燭或發光二極管作為物體，然后用光屏承接像.生活中的照相機不僅能拍發光的物體，不發光的人和景物也可以被拍攝，但部分學生不太理解其原理.所以，筆者選擇20 cm×20 cm的螺紋透鏡，它的口徑大，采光面也大，用這個螺紋透鏡制作的照相機，遠處的物體即使不發光，也能在光屏上承接到像，給學生真實震撼的體驗效果.同時學生在玩照相機過程中，體會照相機拍照時的焦距調節過程.如圖5所示是照相機的結構圖和學生拍攝的效果圖，

圖5 螺紋透鏡制作照相機

問題4.螺紋透鏡能制作投影儀嗎？

設計意圖：用螺紋透鏡制作投影儀.學生對于投影儀的體驗同樣是凸透鏡成像實驗，蠟燭等光源通過凸透鏡在遠處光屏上得到放大倒立的實像.對于不發光的物體，如何能投影到光屏上呢？由于學生缺少對不發光的物體投影到光屏上的相關體驗，所以難以想出辦法.教師可引導學生用強光手電筒將不發光的物體照亮，通過大口徑的螺紋透鏡將光會聚成實像.如圖6所示是投影儀的結構圖和學生拍攝的效果圖.

圖6 螺紋透鏡制作投影儀

問題5.若將螺紋透鏡從中間鋸開，所成實像會出現什么變化？

設計意圖：營造一個全新的情境，讓學生思考凸透鏡成像的本質.先讓學生猜想可能會出現的現象，目的是讓學生回憶凸透鏡成像的原因，凸透鏡對光有會聚作用，物體發出的光線通過凸透鏡再次會聚成像.同時學生已經知道在凸透鏡成像實驗中，若用手擋住透過透鏡的一部分光時，光屏上的像大小不變，只是像會變暗.而現在是將螺紋透鏡從中間鋸開，分成兩部分，會有什么樣的變化？教者引導學生將整體分解，然后單獨考慮半個透鏡成像情況，最后組合.若透鏡鋸開但沒有分離，則還是一個像；若透鏡鋸開且分離了，則會出現兩個像.猜想后再實驗驗證，當發現自己的預測是正確的，學生情緒再次得到提高.如圖7所示是螺紋透鏡中間切開后成像情形.

圖7 切開螺紋透鏡成像

3 小結

對照《義務教育物理課程標準（2011年版）》的要求，讓學生在全新的情境中研究螺紋透鏡，隨著研究的深入，不斷深度復習和拓寬所學知識.先讓學生自己設計螺紋透鏡，將傳統凸透鏡“挖去”部分材料，使之對光能繼續有會聚作用，深度理解光的折射規律.接著分別將近處的人和遠處的景物通過螺紋透鏡成像，深度復習凸透鏡成像規律應用.最后，從螺紋透鏡中間鋸開，深度理解凸透鏡成像的本質原因.學生“玩透”螺紋透鏡，便全面復習了初中物理中光的折射內容.總結以上教學過程，筆者認為有以下幾個優點.

（1）創設認知沖突的真實情境.對于透鏡，學生已有認知是：中間厚、周圍薄的凸透鏡能對光有會聚作用，若是厚度相同的玻璃板，是對光沒有會聚和發散作用的，但教師的演示實驗用的是厚度不變的塑料板對光卻有會聚作用.用于凸透鏡成像中的物體，學生大都認為光源能成像，非光源不能成像，但教師演示的照相機卻能讓非光源也成像.對于凸透鏡，學生都知道擋住透鏡部分，成像會變暗，但卻不知切割和分開的透鏡會如何成像.這些實驗對學生造成認知沖突，激發了學生的探究熱情.

（2）搭建自助實驗的探究平臺.教師提前準備了大口徑螺紋透鏡、光具座、發光的二極管光源、半透明光屏、刻度尺、手電筒、投影膜、方便組裝的長方體盒子等器材，讓學生選擇器材測焦距、選擇器材模擬照相機、選擇器材模擬投影儀，然后再將螺紋透鏡中間鋸開再探究等.讓學生在問題的引導下先猜想，再自主選擇器材驗證，在實踐操作中提出新的問題再探究.在操作中體會照相機的調焦，在探究中深度理解凸透鏡成像的實質.

（3）提供直觀震撼的實驗效果.教師用螺紋透鏡會聚光點燃木頭，相比傳統燒紙屑，效果更加震撼.用大口徑的螺紋透鏡制作照相機，能把不發光的物體和人都能夠在光屏上成像，效果也非常明顯，而且學生可以拿著制作的照相機近距離和遠距離拍攝景物，直觀感受調整像距使光屏上的像清晰的過程.制作的投影儀同樣因采光面大而可以遠距離投影，而且像很清晰，體會到知識應用的樂趣，感受物理知識價值和力量.

（4）設計深度思維的系列問題.為什么看起來厚度不變的塑料板能將光會聚？教師不是急于公布答案，而是讓學生自己用凸透鏡進行設計改造，減少不必要的部分，最終使之壓縮成厚度幾乎相同的塑料板.若將螺紋透鏡中間鋸開會出現什么現象？讓學生根據已有知識合理猜想，然后實驗驗證，學生的猜想有證據、有推理，是一種批判性思維，主動學習的過程.學生帶著好奇心來完成這個具有挑戰性問題，這個過程中的思維量非常高，學生必須靈活應用光的折射規律和凸透鏡成像原理來解決這個實際問題.

總之，復習課中學生對于脫離實際意義的題海訓練已經厭倦，而對于解決生活中的實際問題具有天然的好奇心，所以教師要給學生創設真實的情境，而利用實驗創設情境既方便組織，又便于檢驗，同時精心設計系列問題，可以啟發學生思維，促進學生深度學習，提高物理課程核心素養.