凸透镜成像规律的教学研究与设计

从7个环节引导学生积极参与“凸透镜成像规律”教学，主动获取知识，乐于探究，体现课改的“三维”教学目标：创设情境，发现问题；分析讨论，大胆猜想；介绍器材，模拟操作；“整体”观察，“局部”突出；交流合作，分析论证；评估实验，感悟体验；动画总结，深化规律。

“凸透镜成像规律”是初中光学教学的核心，也是物理教学的一个难点。教学的策略主要是体现课改的“三维”教学目标，引导学生积极参与教学，主动获取知识，乐于探究。教学中让学生通过探究活动，得出凸透镜成像规律。使学生在全过程中参与研究，体验科学探究的全过程。共可分两部分进行，前一部分重点在于培养学生猜想能力与设计实验的能力，后一部分重点在于培养学生对实验数据的分析和论证的能力，促使学生进一步去探索新的知识与技能，进而开启新的探索历程。

1 创设情境，发现问题

1）先要求学生观看照相机、显微镜、哈勃望远镜等图片，指出这些设备都运用了凸透镜。

2）让学生拿起桌面上的凸透镜，背对着窗户。观察纸上的一些文字，在发现文字放大的同时，会惊奇地发现纸上出现窗外景物倒立、缩小的像！这是为什么？

3）（回顾上一节课堂问题）用放大镜（凸透镜）观察近处物体时，若适当增大放大镜与物体间的距离，会看到什么？（动手试一试）（先是正立、放大的像，该像随物距增大而增大，再是倒立、放大的像，然后是倒立、缩小的像）

问题：凸透镜成像的情况与物距、像距有关到底存在什么关系呢？从照相机、显微镜、哈勃望远镜等熟悉的图片导入，一方面让学生从熟悉现象中疑问，另一方面是让学生关注最新科技的发展，增强对自然界的好奇，激发学生的参与欲望。

“意外的发现”是为了提出问题，激发学生的探究欲望；而回顾上一节问题是为了让学生将这个“铺垫”捡起来，利用已有的知识可以进行有目的的思考，为下面的猜想打下基础。

2 分析讨论，大胆猜想

情境的展示使学生求知欲望一下子提了起来，思维空前活跃，此时针对上述小实验中观察到的现象，教师及时指导学生对成像的情况进行讨论，让他们充分交流并提出猜想：

1）成像情况可能与物距有关？

2）成像情况可能与焦距有关？

3）成像情况可能与像距有关？

4）成像情况可能与凸透镜大小有关？

这样设计有利于学生学会在观察和学习中发现问题，使学生逐步具有观察和提出问题的能力。

3 介绍器材，模拟操作

1）教师介绍实验用的器材：光具座、光屏、凸透镜、蜡烛等。简单地说一下注意点。

2）学生在电子白板上利用其交互性操作演示一下器材放置的位置，如何调节，见图1。

3）展示几张烛焰在光屏位置的图片，判断合适与不合适，见图2。

4）教师针对以上出现的问题。强调烛焰、透镜、光屏三者的中心要“等高、共轴”。

通过上述学生上来演示模拟使用器材，对可能出现情况的判断，是为了让学生暴露出存在的问题，及时改正；其他学生可以更直观、形象地看到问题产生的原因，从中吸取经验。

4 “整体”观察，“局部”突出

先整体是为了学生初步观察凸透镜成像的总体变化情况，便于学生建构初步知识。符合学生认知规律，使学生认识初步的变化，在下面的重点学习中可以进一步加深学生对知识的理解。“局部”是指对凸透镜成某种性质的像，学生再进行数据收集，这样安排一改以前教科书中先给定物距，然后观察像的性质并记录像距的做法，从而降低实验的难度，提高探究的效率，达到同样的效果。

5 交流合作，分析论证

“交流合作，分析论证”是科学探究的重要环节，教师应充分创设和抓住机会，让学生经历从物理现象和实验数据归纳出科学规律的过程；同时学生表述自己的观点，与人交流，也有利于培养学生具有将自己的见解与他人交流的意识，敢于提出与别人不同的见解，能自我反思、听取别人的意见，勇于放弃或修正不正确的观点，逐步具有信息交流能力。

教师从不同组中随机抽取不同焦距时的5组测量数据汇总在表格中。组织学生进行交流，学生很快能发现焦距与物距、焦距与像距、物距与像距之间的初步大小关系。在此基础上，教师逐步提示：物体通过凸透镜成像的性质与凸透镜的焦距有关，并且它还与物距的改变有关。（重点考虑1倍焦距和2倍焦距）进一步分析物距与焦距、像距与焦距关系，得出：

当物距 焦距时，成倒立、缩小像的 （实/虚）像；

当物距 焦距时，成倒立、等大像的 （实/虚）像；

当物距 焦距时，成倒立、放大像的 （实/虚）像；

当物距 焦距时，成正立、放大像的 （实/虚）像。

这样用另一陈述方式，不是重复学生填充的内容，而是向另一角度去思考、归纳，有利于学生更深入地理解和记忆凸透镜成像的规律，得到两种完全不同的体验。在教师和学生一起对前面的猜想进行说明判断后，教师继续提出影响凸透镜成像性质有两个关键位置：一是二倍焦距处；二是一倍焦距处。它们分别如何影响成像的性质？

6 评估实验，感悟体验

评估是对探究行为和获取信息的可靠性进行衡量，科学性是从更严密的角度反思的过程，是不可缺少的探究要素。实验评估主要从实验过程、实验数据、主要操作步骤、器材的使用情况着手，仔细分析实验过程中还有哪些方面存在不足？会有哪些新发现？实验中出现的问题该如何解决？这样让学生对实验进行改进，优化实验方案，促进学生实验能力的形成。

7 动画总结，深化规律

教师用动画演示凸透镜成像的光路图（如图3所示），在透镜及其主轴上标出物体成不同性质的像时，物体及其像的大致位置和性质（即在主轴上用图示的方法说明当物体从较远处逐渐靠近透镜的观察中，像的大小、正倒、虚实的变化情况），从而帮助学生理解、记忆和从整体上把握凸透镜的成像规律。

在图3动画演示基础上，教师展示图4，把凸透镜的成像规律整体呈现给学生，使学生同时看到各种成像的情况，做到胸有成竹。

同时为了学生进行自主学习，巩固所学知识，发展分析和解决问题的能力，学了本节内容后让学生思考：若实验进行了一段时间，蜡烛变短，像往 （上/下）；若将凸透镜的一半用纸挡住，像会发生什么变化？若物体从远处向凸透镜靠近时，像的性质（指像的大小、虚实和正倒）和像距又会发生怎样的变化？无论怎样移动光屏，光屏上都无法在得到清晰的像，可能的原因是什么？若不小心将凸透镜打碎了一半，还能研究它成像的规律吗？……这样让学生领略到物理知识的应用与延伸，使学生始终保持求知的渴望，激发继续探究学习的欲望。

总之，在物理课堂教学中，实施探究式教学，能使学生通过经历与科技工作人员进行科学探究的相似过程，学习物理知识与技能，体验到科学探究的乐趣，学习科学探究的基本方法；同时通过过程与方法的获得过程，领悟和形成科学的思想和精神，真正实现课改的三维“目标”。