淺談“探究凸透鏡成像規(guī)律”的教學(xué)處理

張東華

（蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇 蘇州 215021）

蘇科版《物理》第四章第三節(jié)“探究凸透鏡成像的規(guī)律”，是實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律的教學(xué)．教師感到對(duì)教材處理比較難，學(xué)生對(duì)凸透鏡成像規(guī)律感到比較難理解．筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，從以下幾個(gè)板塊談?wù)剬?duì)該節(jié)內(nèi)容的教學(xué)處理．

1 課題引入

探究課題的引入是課堂教學(xué)的前奏曲，負(fù)有醞釀情緒、集中注意、滲透主題、探究欲望等意圖．怎樣引入探究凸透鏡成像規(guī)律這一課題呢？好的課題引入，能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的興趣．筆者設(shè)計(jì)了3個(gè)任務(wù)．

（1）事先在每個(gè)光具座上放上凸透鏡和光屏，調(diào)節(jié)光屏與凸透鏡之間的距離，使光屏上呈現(xiàn)遠(yuǎn)處景物倒立縮小的實(shí)像．學(xué)生一進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，驚呆了，好神奇??！

（2）讓學(xué)生透過同一凸透鏡，分別觀察近處的物體和遠(yuǎn)處的物體；

（3）讓學(xué)生把焦距不同的兩個(gè)凸透鏡并排放置并同步移動(dòng)，分別通過兩個(gè)凸透鏡來觀察課本上的字．

第1個(gè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)遠(yuǎn)景成像情境，出乎意外的實(shí)驗(yàn)景象使學(xué)生非常興奮，個(gè)個(gè)都躍躍欲試，積極投入到探究凸透鏡成像規(guī)律的問題之中；第2，3個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生通過體驗(yàn)既能感知到凸透鏡成像的趣味性，又能體會(huì)到其成像的復(fù)雜性，并能使學(xué)生意識(shí)到凸透鏡成像的性質(zhì)可能與物距和凸透鏡的焦距有關(guān)，為實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)埋下了伏筆．

2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)

探究性實(shí)驗(yàn)規(guī)律教學(xué)是學(xué)生在教師的輔助下，按探究的研究方法獨(dú)自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，分析結(jié)果，總結(jié)出有關(guān)物理規(guī)律的一種教學(xué)方法．

部分教師在對(duì)凸透鏡成像的研究過程中，為了降低探究難度，采用焦距一定，給定物距，讓學(xué)生記錄像距和像的性質(zhì)的操作思路（表1）．

表1 像距和像的性質(zhì) f＝10 cm

筆者認(rèn)為：“凸透鏡成像規(guī)律教學(xué)”是探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)；而若給定物距和焦距，則是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，與課的主題相違背；本實(shí)驗(yàn)中物理規(guī)律的獲得采用實(shí)驗(yàn)歸納法，即從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中分析、歸納、概括而總結(jié)出來規(guī)律．6組數(shù)據(jù)難以歸納出凸透鏡成像規(guī)律，這種思路顯然不符合用歸納法總結(jié)物理定律的教學(xué)要求．

筆者讓學(xué)生用焦距分別為5 cm，10 cm，15 cm的凸透鏡分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并安排了3個(gè)探究任務(wù)．

探究1：分別收集使凸透鏡成倒立縮小的像和倒立放大的像時(shí)的物距和像距，并記錄．

具體做法：（1）凸透鏡固定在光具座的中央．

（2）將蠟燭從光具座的邊緣由遠(yuǎn)到近逐漸靠近透鏡（大致每隔4 cm取1個(gè)點(diǎn)），并移動(dòng)光屏．當(dāng)成最清晰的像時(shí)，記錄物距和像距．

（3）更換透鏡，重復(fù)上述步驟．

探究2：找倒立等大的實(shí)像．

凸透鏡能成倒立、縮小的實(shí)像，也能成倒立、放大的實(shí)像，那么凸透鏡能成倒立等大的像嗎？筆者在教學(xué)中變換了處理方法．筆者認(rèn)為，以伽利略為代表所開創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)方法則強(qiáng)調(diào)對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行理性的分析，分析的結(jié)論再由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，被檢驗(yàn)過的知識(shí)再上升為理論．教材中在實(shí)驗(yàn)方法中指出：科學(xué)發(fā)現(xiàn)不都是靠實(shí)驗(yàn)歸納得來的，理論研究也是很重要的，它能使科學(xué)家提出正確的猜想，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行科學(xué)論證．但讓初二學(xué)生在近軸條件下，進(jìn)行凸透鏡成像規(guī)律的理論推導(dǎo)，既加重了學(xué)生的負(fù)擔(dān)，又不能取得良好的教學(xué)效果，所以筆者采用畫光路圖的方法．如圖1所示，從光路圖看出，當(dāng)物距為2倍焦距時(shí)，此時(shí)像也在2倍焦距處，成倒立等大的實(shí)像．然后在實(shí)驗(yàn)中用L形發(fā)光二級(jí)管做發(fā)光體，讓學(xué)生分別用5 cm，10 cm，15 cm不同焦距的凸透鏡做實(shí)驗(yàn)，并對(duì)物、像的高度進(jìn)行精確測量，得出在2f點(diǎn)處，成倒立、等大的實(shí)像．

圖1

探究3：當(dāng)物體距凸透鏡很近時(shí)，成的像又是怎樣呢？

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

（1）不管怎樣移動(dòng)光屏，光屏上都無法成像．

（2）將光屏取下，用眼睛直接通過凸透鏡能觀察到在物體的同側(cè)有一個(gè)正立、放大的虛像．

3 規(guī)律的歸納與總結(jié)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納凸透鏡成像的規(guī)律，對(duì)學(xué)生來說并非易事．筆者第一課時(shí)讓學(xué)生收集證據(jù)，第二課時(shí)讓學(xué)生分析歸納．目的是讓學(xué)生課后有足夠的時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（全班學(xué)生有大量的數(shù)據(jù)）進(jìn)行分析、歸納，學(xué)生之間進(jìn)行交流與合作．第二課時(shí)，教師讓學(xué)生在紙上畫3個(gè)主光軸（分別對(duì)應(yīng)焦距5 cm，10 cm，15 cm），并在主光軸上對(duì)稱性地標(biāo)出f和2f點(diǎn)，再用點(diǎn)代表物與像畫在主光軸所在區(qū)域．通過“點(diǎn)集合”的思想得出凸透鏡的成像規(guī)律（表2）．教師也可以告訴學(xué)生，在物理學(xué)中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納時(shí)，可以采用坐標(biāo)法或圖表法，找出某些變量的函數(shù)關(guān)系．比如，探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，你試試作出u（物距）－v（像距）圖像．筆者認(rèn)為讓學(xué)生經(jīng)歷從收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到歸納出規(guī)律的過程，不僅使學(xué)生意識(shí)到科學(xué)家發(fā)現(xiàn)科學(xué)定律和科學(xué)理論的艱辛，而且培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的能力．

表2 凸透鏡的成像規(guī)律

4 規(guī)律的理解與應(yīng)用

對(duì)于凸透鏡成像規(guī)律的理解，筆者采用兩種方案：

（1）讓學(xué)生畫出物體分別在2倍焦距之外、2倍焦距處、1倍焦距與2倍焦距之間、1倍焦距之內(nèi)的成像光路圖；

（2）讓學(xué)生應(yīng)用規(guī)律．因?yàn)閼?yīng)用規(guī)律的過程，是將抽象的物理規(guī)律具體化．比如：創(chuàng)設(shè)情境．青青同學(xué)的文章在報(bào)紙上發(fā)表了，爺爺感到很高興，可是字太小，看不清內(nèi)容，如何幫助爺爺（假定爺爺就坐在教室后排）？學(xué)生積極思考，想到利用放大鏡和投影儀的方案．此時(shí)教師可以進(jìn)一步讓學(xué)生思考，怎樣調(diào)節(jié)放大鏡和投影儀，使?fàn)敔斂吹降南窀螅?/p>

在解決現(xiàn)實(shí)問題過程中，不僅固化、深化、活化規(guī)律的理解，而且使學(xué)生學(xué)到分析處理實(shí)際問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力．

1 劉炳升，李容．物理．南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2007