基于“教—學—評”一致性的初中物理“凸透鏡成像的規律”教學設計與實踐

教、學、評的統一性不僅是教學過程的靈魂，也是推動學生深度學習的引擎。在這個過程中，教師的引導需要與學生的自主探索、評價反饋形成閉環，要求教學活動既要高效引領學生探究科學原理，又要激發他們思考，最終通過評價環節全面把握學生學習成效。根據《義務教育物理課程標準（2022年版）》“注重實現‘教—學—評’一致性”的要求，教師需緊緊圍繞核心素養的培育，構建貫穿教學全過程的評價體系，真正實現“發揮評價的育人功能，促進學生核心素養發展”的教育目的。

一、教材分析

本節是八年級物理上冊第五章第三節的內容，緊隨對透鏡基本概念及其分類的介紹，旨在深化學生對凸透鏡光線會聚作用的理解，并拓展至其在生活中的應用領域。本節不僅承接了前文關于透鏡的基礎知識，如凸透鏡與凹透鏡對光線的不同作用，還鋪墊了對生活中透鏡應用的具體探討，為學生揭示了放大鏡、照相機、投影儀等日常用品背后的科學原理。此外，本節內容巧妙連接了光學知識與人類視覺系統的工作原理，通過講解凸透鏡成像規律，連接后一節人眼成像原理以及近視眼和遠視眼成因及其矯正方法的教學內容。如此由淺入深、由具體到抽象的教學安排，旨在促進學生通過觀察與實驗，掌握透鏡在實際應用中的物理原理，激發他們探究光學現象的熱情。

二、學情分析

“凸透鏡成像的規律”作為光學領域的核心課題之一，其復雜性在于成像性質多變，包括像的大小、正倒、虛實狀態的變化，這些性質隨物體與鏡片的距離而變化，并存在明確的分界點和轉變規律。學生在接觸此課題前，缺乏相關的經驗和理論知識基礎，如幾何光學中的光路圖繪制技能及虛像概念的理解，這些因素加大了學習難度。學生雖然已經有一定的物理基礎，對凸透鏡與凹透鏡的基本功能有所了解，初步認識了特殊光線的處理，但面對更為復雜的成像規律時還是感覺有一定難度。

三、教學目標

1.深入理解物距與像距的定義及其在凸透鏡成像過程中的重要性，明確凸透鏡如何在不同物距下形成不同性質（正倒、虛實、大小變化）的像，從而掌握光的折射和成像規律。

2.通過實驗探究，提出問題、制訂假設、觀察現象、收集和分析數據的科學思維能力。這一過程中，將特別強調利用類比法、比較法和模型法等科學研究方法，以深化對凸透鏡成像規律的理解，并將此類思維應用于更廣泛的場景中。

3.能夠在小組合作的實驗探究中使用F形光源、凸透鏡、光座和光屏等實驗器材，系統探究物體距離變化時成像的性質變化。

四、教學過程

（一）溫舊知，引新學

師：回顧上節課，我們學習了照相機、投影儀和放大鏡通過凸透鏡成像的特點。讓我們先通過幾個問題來回顧并檢驗大家對這些知識的理解。

［展示評測題目：1.選擇題：凸透鏡在照相機中形成的像是（A.實像 B.虛像）；2.填空題：在投影儀中，凸透鏡形成的是______（倒立/正立）放大的______（實像/虛像）；3.判斷題：用放大鏡觀察近處的小物體時，形成的是正立的虛像。（對/錯）］

生：照相機和投影儀形成的是倒立的實像，而放大鏡形成的是正立的虛像。

師：非常好！這些設備雖然都使用了凸透鏡，但成像的特點卻有所不同。那么，凸透鏡成像的規律是怎樣的？為何同一種透鏡會有不同的成像效果？接下來，我們通過一個小實驗進一步探究。請拿起你們桌上的放大鏡，先觀察書本上的字，再試著看遠處的樓房。

［為每組學生提供一塊凸透鏡、一個蠟燭（或其他物體）、一張光屏、一把尺子。演示凸透鏡和物體的正確放置方法，調整物體與透鏡的距離來觀察成像的變化。］

學生分組進行實驗，一個學生負責調整蠟燭的位置，另一個學生觀察光屏上的像，并記錄像的性質變化。書本上的字看起來更大了，但遠處的樓房卻沒有明顯變化。

師：物體與透鏡的距離決定了像的性質。這正是我們今天要探究的主題：凸透鏡成像的規律。

（設計意圖：通過多媒體資料導入，激發學生的學習興趣，并利用實際操作的小實驗讓學生親身體驗和探究凸透鏡的成像規律，從而讓他們在復習舊知的基礎上自然過渡到新知的探索，保證教學內容的連貫性。教師利用針對性的評測習題，既能檢驗學生對知識點掌握的程度，也能讓他們在實際操作和理論學習之間建立聯系，提高教學活動的有效性和深度，進而落實“教—學—評”一致性的教學模式。）

（二）講授課，初探究

師：我們做一個具體的實驗。請大家觀察這套實驗器材（如圖1）。我們首先模擬照相機的成像過程。請注意觀察，當我移動光屏時，像的清晰度如何變化。

生：像在光屏移動到某一特定位置時變得最清晰。

師：非常好。請同學們分組進行實驗，目標是找到像最清晰的位置。

學生按照指示開始實驗，嘗試找到最清晰的像。

師：記得調整你們的光屏位置，觀察從模糊到清晰再到模糊的過程，并嘗試確定最清晰像的確切位置。

學生調整光屏，細致觀察像的變化，記錄數據。

師：當物距小于焦距時，我們無法在光屏上獲得清晰的實像，這成像的性質與物體與凸透鏡之間的距離有關。當物體過于接近凸透鏡時，凸透鏡無法將光線會聚在光屏上形成實像，而是形成了虛像。

這就引入了“物距（u）和像距（v）”的概念。這兩個參數決定了像的性質、大小和方向。當物體位于焦點之外時，成像又有何不同？

生：在這種情況下，凸透鏡在光屏上形成了清晰的實像，并且這個實像是倒置的。

師：實像總是形成在物體位于焦點之外時，這個實像可以是放大的、等大的或縮小的，這取決于物體的具體位置。

［繼續實驗：指導學生移動光源而非光屏，觀察這一變化如何影響成像。］

學生按照指示改變光源位置，并用觀察表記錄成像的變化，如表1所示。

（三）析規律，助理解

師：凸透鏡的成像特點與物距之間存在著怎樣的關系呢？讓我們分幾個角度來探究：凸透鏡是如何在不同條件下成放大像、縮小像，以及成正立像和倒立像的？此外，凸透鏡成實像與虛像的條件又是什么？

生：當物體在焦點以外時，像是倒立的和縮小的，這意味著物距大于焦距影響了像的性質。

師：很好。基于猜想，我們如何設計實驗來驗證？我們需要哪些實驗器材？實驗的目的又是什么？

［介紹實驗器材：蠟燭、凸透鏡、光屏、尺子；明確實驗目的：探究物距對凸透鏡成像特點的影響。］

生A：我們需要一個穩定的光源，比如蠟燭，作為我們的物體。然后，我們需要一塊凸透鏡和一個可移動的光屏來接收成像。

生B：我覺得實驗的目的是觀察物體在不同位置時凸透鏡所形成的像的特點。為了準確記錄數據，我們還應該使用一把尺子來測量物距和像距。

生C：我們可以將物體放在凸透鏡的不同位置，比如開始時距離凸透鏡很遠，然后逐漸靠近凸透鏡。每次移動后，我們都調整光屏位置，直到在光屏上得到清晰的像，然后記錄下物距和像距。

生D：我們可以設計一個表格，列出物距、像距和成像的特點，如是否倒立、大小變化以及是實像還是虛像。

師：在進行實驗時，我們需要注意什么？

［補充實驗注意事項：確保蠟燭的火焰、凸透鏡和光屏中心在同一高度上，以便觀察到清晰的像。同時，調整物距，并觀察與記錄像的變化。］

學生分享觀察結果，對凸透鏡成像規律進行歸納。如表2所示。

（四）憶生活，掌應用

師：在生活中，凸透鏡的應用無處不在，根據我們學習的凸透鏡成像規律，誰能告訴我放大鏡是如何放大我們看到的物體的？

生：放大鏡是利用凸透鏡當物體位于焦點以內時，凸透鏡可以形成放大的虛像，所以我們看到的物體被放大了。

師：相機和投影儀是如何應用這一規律的？

生：相機通過調整鏡頭與物體之間的距離，使物體的像正好成在感光元件上，形成清晰的實像。投影儀內部的凸透鏡接收小圖像，然后根據物距和像距的關系，調整以獲得屏幕上較大的倒立實像。

師：［展示天文望遠鏡的工作原理圖，如圖2。］天文望遠鏡利用大型凸透鏡或凹透鏡來收集遠處星體的光線，通過成像規律將其聚焦在一個點上，形成清晰的實像。天文學家通過這種方式觀察到許多遠處的星系和天體，拓展了我們對宇宙的認識。如哈勃空間望遠鏡，它在軌道上觀測宇宙，發送回了許多寶貴的圖像。

師：讓我們通過幾個例題來進一步檢驗我們對凸透鏡成像規律應用的理解。

例題1：如果一個物體放在凸透鏡的兩倍焦距之外，那么成像的特點是什么？

A.正立、放大的虛像

B.正立、放大的實像

C.倒立、縮小的實像

D.倒立、放大的實像

例題2：使用放大鏡觀察小字時，放大鏡與字的大致距離應該是多少，假設放大鏡的焦距為10 cm？

A.小于10 cm

B.等于10 cm

C.大于10 cm但小于20 cm

D.大于20 cm

（設計意圖：將抽象的物理規律與學生的日常生活經驗相結合，提高學生學習的興趣和實際應用能力。通過與真實生活緊密相關的問題，學生能夠更深刻地理解凸透鏡成像的規律，并認識到學習物理的實用價值，實現“教—學—評”相一致。）

（作者單位：平涼市崆峒區上楊鄉學區）

編輯：李琴芳