基于物理觀念的初中物理母題設計

黃葛鴻

摘? ?要：初中物理習題中，透鏡對光線的兩個作用分別為：凸透鏡是會聚作用，凹透鏡是發(fā)散作用。其可提煉出的物理觀念分別為“會聚”和“發(fā)散”。通過去情境的方法提煉物理觀念，加情境化提升能力促進思維提升，變情境化強化知識的應用提升學生核心素養(yǎng)。基于物理觀念所設計而成的母題和變式訓練可實現減負增效促思維。

關鍵詞：母題；情境化；變式訓練；會聚；發(fā)散

引言

市面上教輔采用知識點堆積的方式設計習題，較少有遞進關系，各題目間主線不明晰，知識點分散，學生不容易自行通過習題感悟具體解題方法或模型，不容易實現用作業(yè)使學生形成物理觀念。新課標圍繞學生核心素養(yǎng)的發(fā)展設計的教學目標中要求努力讓學生學習的內容結構化、系統化[ 1 ]。而采用母題教學可使學生理解掌握基本規(guī)律，入門更為容易，又能激發(fā)思維、拓寬思維空間、掌握知識點間的聯系，起到舉一反三的效果[ 2 ]。初中物理習題中，透鏡的兩個作用分別為：凸透鏡是會聚作用，凹透鏡是發(fā)散作用。其可提煉出的物理觀念分別為“會聚”和“發(fā)散”。可基于此觀念設計幾道遞進式的習題，以基礎題目為母題，層層遞進，最終實現學生自主內化物理觀念。

1? 去情境化——理解概念、落實物理觀念

去情境化是指將知識從具體的情境中分離抽象出來，從而超越情境，成為概括性的知識。物理問題的去情境化的主要目的是從具體情境中抽象出物理模型，提煉重點知識，在知識訓練過程中讓學生理解物理概念、最終落實物理觀念。設計的母題有知識簡單、方法明確的特點。在母題的使用過程中，重點訓練方法，弱化思維的訓練。根據兩個透鏡作用觀念可設計母題如下。

母題：在圖1、圖2方框中填入合適的透鏡。

知識點：凸透鏡和凹透鏡對光線的作用。

題目立意分析：

根據凸透鏡對光線具有會聚作用的特點，當光線射入凸透鏡時，兩邊的折射光線相對于未經過透鏡的入射光線為靠近主光軸，此時成像的清晰位置相對于原先靠近透鏡；反之，根據凹透鏡對光線具有發(fā)散作用的特點，當光線射入凹透鏡時，兩邊的折射光線相對于未經過透鏡的入射光線為遠離主光軸，此時成像的清晰位置相對于原先遠離透鏡。

解題方法分析：

（1）先畫上主光軸，圖1中從入射光線的本質出發(fā)，假設無透鏡放入兩條光線都沿直線傳播，將入射光線用虛線延長，此時兩條光線相交于如圖3中A點；

（2）實際放入透鏡后，兩條光線相交于B點，折射光路相對于原先光線的延長線（虛線部分）往兩邊張開，此時放入的透鏡對于原先的光線起到發(fā)散作用。故圖1的方框中放入的透鏡為凹透鏡；

（3）同理可知，圖2中光線的分析圖形為圖4，圖2方框中放入的透鏡為凸透鏡。

母題的評估與分析：

本題兩道小題，雖答案不同，所蘊含的物理知識的科學分析方法是相同的。在實際教學中可先引導學生一起分析圖1，使學生形成基本的分析能力，理解分散作用和會聚作用的本質特征。隨后學生自主分析圖2并完成圖4，訓練分析方法、落實學生的兩個物理觀念。所形成的物理觀念以及相關的分析方法可解決光路的動態(tài)問題。該母題可基于物理觀念提煉出相應的動態(tài)光路分析方法為：（1）使用凹透鏡將光線發(fā)散，物體成清晰像的位置后移，像遠離透鏡，像距變大；（2）使用凸透鏡將光線發(fā)散，物體成清晰像的位置前移，像靠近透鏡，像距變小。

2? 加情境化——訓練能力、培養(yǎng)學科思維

在學生初步形成物理觀念后，利用變式訓練題相應的解題方法并自主分析解答新情境題，此時的變式題可在情境和思維上進行加深。

2.1? 變式一：近視視、遠視眼的矯正策略

如圖5，圖甲為其成像圖，在圖乙所示方框內填上的透鏡為_________透鏡，該圖是___________眼及其矯正的原理。

答案：凹? 近視

解題方法分析：

像要遠離，光線要發(fā)散，故填凹透鏡。物體成像在視網膜前方，所以填近視眼。

題目分析：

本題為發(fā)散觀念在身邊實際應用的習題，學生充分理解后正確理解相應的物理觀念，脫離死記硬背的學習誤區(qū)，讓物理知識更加貼近生活。變式一還可以增加遠視眼成像原理的矯正。但學生若在母題中已形成觀念，增加的遠視眼成像原理題意義不大，但若是有個別學生理解速度慢，此時可增加，實現分層鞏固教學，實現變式訓練的多個作用。

2.2? 變式二：在“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗中物體成像位置的動態(tài)分析

（1）當蠟燭、透鏡、光屏的位置如圖6所示位置時，在光屏上恰好觀察到一個清晰的像。將蠟燭稍遠離凸透鏡，光屏上的像變模糊。要再次在光屏上得到清晰的像，可在蠟燭和凸透鏡之間再放上一個焦距合適的_______________；

（2）在實驗中獲得清晰的像后，小明取了一副遠視眼鏡放在凸透鏡前（如圖7所示），要使光屏上還能成清晰的像，可將光屏向_____移。

答案：（1）凹透鏡? ?（2）左（或前）

解題方法分析：

（1） 根據凸透鏡成像規(guī)律特點，當蠟燭遠離透鏡時，像靠近透鏡，成像清晰的點靠近透鏡，需要佩戴合適的凹透鏡，將光路發(fā)散，使成像清晰點遠離透鏡一些；

（2）遠視眼鏡為凸透鏡，能將光線會聚，能使成像清晰的點靠近透鏡，故應將光屏向左靠近透鏡。

題目分析：

在實際應用中，結合具體的實驗規(guī)律考察，兩小題為動態(tài)成像分析。第一小題為思維的順過程，第二小題為基于透鏡特點的思維逆過程，前后配合提升學生思維的敏捷度。本變式的最后一題還可擴展成小明將一副近視眼鏡放在凸透鏡前，調節(jié)光屏的位置，獲得清晰的像后，將近視眼鏡拿開，要使光屏上還能成清晰的像，可將光屏向哪里移。

3? 變情境化——強化應用、提升學生素養(yǎng)

變式三：小金制作了一個焦距可調節(jié)的水透鏡，如圖8甲所示，在一個圓環(huán)支架上安裝一個進出水口，在圓環(huán)支架的兩側密封上透明的橡皮膜，用注射器通過軟管連接進出水口，并向圓環(huán)與橡皮膜所圍成的空間內注水，使其呈中間厚、邊緣薄的形狀，便制成了一個焦距可調節(jié)的水透鏡，如圖8乙所示。請回答：

圖8丙從水透鏡中抽水時，水透鏡的焦距變大，若不改變蠟燭和水透鏡的位置，光屏應向_________移動，光屏上仍能呈現出燭焰清晰的像。當向水透鏡中注水時，若不改變蠟燭、光屏和水透鏡的位置，則在蠟燭和水透鏡之間放_________光屏上仍能呈現出燭焰清晰的像。

答案：右? ?凹透鏡（或近視眼鏡）

解題方法分析：

根據水透鏡厚度對其聚光能力的關系，透鏡厚度越厚時聚光能力越強焦距越小，透鏡厚度越薄聚光能力越弱焦距越小。（1）當從水透鏡中抽水時，透鏡變薄，聚光能力變弱，焦距變大。導致光線相對原先發(fā)散，成像遠離透鏡，故往右移動。（2）當注水時透鏡變厚，聚光能力變強，成像清晰位置靠近透鏡，需要放置一個發(fā)散的透鏡將清晰位置遠離，故填凹透鏡。

題目分析：

此變式考察的是基于焦距改變導致的成像位置變化，核心知識為透鏡的聚光能力強弱引起的成像位置變化和調整。從水透鏡中抽水時，水透鏡的中間變薄些，焦距變大，會聚光線能力變弱，光線被往主光軸方向偏折程度減小，相對原先變發(fā)散些，成像清晰點遠離透鏡，故光屏應將向右運動。當向水透鏡中注水時，會聚光線能力變強，光線被往主光軸方向偏折程度增強，相對原先更加會聚，成像清晰點靠近透鏡。若不改變蠟燭、光屏和水透鏡的位置，需將更會聚的光線往偏離主光軸方向發(fā)散，方可成像。故需放置凹透鏡（或近視眼鏡）

4? 結語

在物理教學中，通過去情境化和再情境化生成物理母題促進學生對真實物理問題的理解，從而順利解決問題，同時可激發(fā)興趣、增強創(chuàng)新意識，促進物理觀念形成[ 3 ]。通過以上習題的設計，將透鏡對光路的作用形成基于主要概念的習題主線，實現單元知識的提取和訓練，從大單元的角度訓練學生某一特定模塊的知識和方法，讓學生經歷理解、訓練、應用的過程，在思維和能力不斷深入的過程中實現相關的物理知識的學習以及觀念的形成。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：42.

［2］? 李琳玲. 巧變善拓 用好母題[J]. 物理教師，2011，32（12）：72-74.

［3］ 張江寧. 例談物理問題的“去情境化”與“再情境化”：以2019年高考全國卷Ⅰ第21題為例[J]. 物理教學，2019，41（11）：70-71.