“探究凸透鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)課的若干難點(diǎn)分析和突破建議

(南京一中初中部，江蘇 南京 210002)

教師在上“探究凸透鏡成像規(guī)律”的時(shí)候，常常因?yàn)閷?shí)驗(yàn)耗時(shí)太長(zhǎng)或?qū)W生總結(jié)歸納太慢而完成不了教學(xué)目標(biāo).原因主要是這節(jié)課的難點(diǎn)較多而且集中，需要教師進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，有效處理課堂的各個(gè)環(huán)節(jié).

教師首先要理解教材，這是以探究凸透鏡成像情況與物距關(guān)系有關(guān)為主線安排的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng).設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效猜想，明確觀察什么、測(cè)量什么、記錄什么，通過分析表格數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，進(jìn)行簡(jiǎn)單的因果推理是本節(jié)課的重點(diǎn).

難點(diǎn)一：如何引入新課？

目前的引入主要有四種方式.第一種是事先布置學(xué)生查找關(guān)于凸透鏡在生活中的應(yīng)用，為后面凸透鏡成倒立縮小實(shí)像和倒立放大實(shí)像做鋪墊.這種引入的優(yōu)點(diǎn)是讓學(xué)生了解凸透鏡在生活中的應(yīng)用，同時(shí)教師也在下面的教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生在光具座上找倒立縮小實(shí)像和倒立放大實(shí)像.缺點(diǎn)在于學(xué)生對(duì)凸透鏡成像規(guī)律還不了解，往往是照本宣科的讀所收集的資料，不僅耗時(shí)過長(zhǎng)，也不夠形象直觀.

第二種是用蠟燭或燈泡在通過凸透鏡在墻上成像，改變光源和凸透鏡之間的距離，在墻上成倒立縮小的像或倒立放大的像.這種引入的優(yōu)點(diǎn)是用最短的時(shí)間，讓學(xué)生直觀的知道凸透鏡成倒立縮小實(shí)像和倒立放大實(shí)像，同時(shí)教師也在下面的教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生在光具座上找出這兩種像.缺點(diǎn)在于如果后面教師讓學(xué)生猜想影響凸透鏡成像規(guī)律因素的時(shí)候，學(xué)生會(huì)猜想到像距這一因素，教師還需要通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解：物距一定時(shí)像距也是一定的.

第三種是教師在講臺(tái)上提供光源(亮度要高)，讓學(xué)生通過手上的凸透鏡在光屏上成像，教師也可以提供一個(gè)凸透鏡在自制光屏上成倒立放大的像.這種引入的優(yōu)點(diǎn)除了和第二種一樣以外，學(xué)生還會(huì)發(fā)現(xiàn)從第一排到最后一排，像的大小在發(fā)生變化.缺點(diǎn)也和第二種一樣，會(huì)引起學(xué)生猜想到像距.而且這種引入對(duì)于光線的要求較高，需要較暗的環(huán)境.

第四種是學(xué)生利用手上的凸透鏡觀察物理書上的字，然后凸透鏡逐漸遠(yuǎn)離書本，讓學(xué)生觀察像的變化.優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生可以在最短的時(shí)間內(nèi)觀察到凸透鏡能成倒立縮小像、倒立放大的像和正立放大的像，同時(shí)還避免了學(xué)生在后面的教學(xué)環(huán)節(jié)中猜想影響凸透鏡成像因素的時(shí)候，學(xué)生會(huì)猜想到像距這一因素.缺點(diǎn)是學(xué)生不清楚所成的是實(shí)像還是虛像.

難點(diǎn)二：如何進(jìn)行有效的猜想？

教師要啟發(fā)學(xué)生思考凸透鏡成像的特點(diǎn)可能和什么因素有關(guān)，學(xué)生的猜想大致分為三類：

(1)與物距有關(guān)；(2)與焦距有關(guān)，學(xué)生可能會(huì)猜想成像特點(diǎn)和凸透鏡的厚薄、大小、材質(zhì)等因素有關(guān)，教師可以幫助學(xué)生引導(dǎo)到這些因素都是影響凸透鏡焦距的；(3)與像距有關(guān).第二種和第三種引入會(huì)讓學(xué)生猜測(cè)到像距，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，這一因素必須排除.教師可以讓學(xué)生在光具座上觀察凸透鏡成像，讓學(xué)生知道物距一定的時(shí)候，光屏上成清晰的像，像距是唯一的，物距決定了像距.

難點(diǎn)三：如何合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生不僅要明確需要觀察什么、測(cè)量什么、記錄什么，還要在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)控制變量的思想.首先是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要讓學(xué)生在研究凸透鏡成像和物距的關(guān)系的時(shí)候，要控制焦距相等，研究凸透鏡成像和焦距關(guān)系的時(shí)候要控制物距相等.實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生明確，觀察的是光屏上像的成像特點(diǎn)，測(cè)量物距和像距，記錄物距、像距和成像的特點(diǎn).教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以考慮到焦距的因素，分兩大組采用不同焦距的凸透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

物理教材上測(cè)量物距和像距用的是米尺，而一般實(shí)驗(yàn)用的都是光具座，教師在實(shí)驗(yàn)前可以和學(xué)生簡(jiǎn)單的介紹一下光具座的用處.測(cè)量物距和像距是學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)難點(diǎn)，處理不好往往影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度.一般有兩種測(cè)量方法，一種是將光源固定在0刻度線處，然后調(diào)整凸透鏡和光屏，這樣物距可以直接讀出來(lái)，光屏所在位置刻度值減去凸透鏡所在位置刻度值為像距.第二種方法是凸透鏡在50cm處固定不動(dòng)，50減去光源所在位置刻度值為物距，光屏所在位置刻度值減去50cm為像距.多次試驗(yàn)后，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于第二種測(cè)量方法的掌握比第一種要好，實(shí)驗(yàn)時(shí)間也可以縮短，所以建議使用第二種方法.

難點(diǎn)四：物距等于二倍焦距處成像的教學(xué)

這節(jié)課的關(guān)鍵點(diǎn)在于二倍焦距處成像的教學(xué)，是整個(gè)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的核心所在.

目前的課堂教學(xué)主要分兩種，一種是在實(shí)驗(yàn)的開始進(jìn)行二倍焦距成像的教學(xué).

案例一：

師：(用凸透鏡在墻上成倒立縮小的像或倒立放大的像)通過剛才的實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)凸透鏡既能成倒立縮小的實(shí)像，也能成倒立放大的實(shí)像，且蠟燭到凸透鏡距離遠(yuǎn)時(shí)成放大的實(shí)像，距離近時(shí)成縮小的實(shí)像，有沒有可能蠟燭通過凸透鏡成倒立的等大的實(shí)像？

生：有可能.

師：我們?cè)诠饩咦涎芯空业竭@個(gè)倒立的等大的實(shí)像，同學(xué)們將蠟燭、凸透鏡和光屏依次放在光具座上，固定凸透鏡不動(dòng)，讓蠟燭和光屏同時(shí)遠(yuǎn)離凸透鏡，找到凸透鏡成倒立等大實(shí)像的點(diǎn).

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)得出物距等于像距或物距等于二倍焦距時(shí)候成倒立等大的實(shí)像這一結(jié)論.若學(xué)生一開始沒有得出物距等于二倍焦距這一條件，可以通過數(shù)軸圖像幫助學(xué)生加以分析.當(dāng)二倍焦距處成倒立等大實(shí)像這一條件得出之后，教師就以二倍焦距為分界線，讓學(xué)生研究物距大于二倍焦距和物距小于二倍焦距的成像情況了.

這種教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生的探究目的性明確，對(duì)于凸透鏡成像規(guī)律劃分的很清楚，易于學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，直接得出物距和焦距的關(guān)系.缺點(diǎn)是二倍焦距出現(xiàn)的有點(diǎn)突兀，學(xué)生對(duì)于二倍焦距的出現(xiàn)很難理解.

第二種是在實(shí)驗(yàn)探究結(jié)束后，再探究物體在二倍焦距處的成像情況.

案例二：

師：當(dāng)物距大于二倍焦距的時(shí)候，成的是倒立縮小的實(shí)像，在大于一倍而小于二倍焦距的位置時(shí)候，成的是倒放大的實(shí)像.我們假想一個(gè)物體從左向右移動(dòng)，先成倒立縮小的實(shí)像，再成倒立放大的實(shí)像，會(huì)不會(huì)在什么位置成一個(gè)倒立等大的實(shí)像呢？

生：有可能.

師：下面我們通過動(dòng)畫給大家演示一下.(演示動(dòng)畫)在什么位置，成倒立等大的實(shí)像？

生：當(dāng)物距等于二倍焦距的時(shí)候.

師：下面我們通過實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一下，當(dāng)物距等于二倍焦距的時(shí)候是否成倒立等大的實(shí)像.

這種教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于水到渠成，比較符合學(xué)生的思維.其缺點(diǎn)在于由于物距等于二倍焦距的成像特點(diǎn)是在最后出現(xiàn)的.分析成倒立縮小實(shí)像和倒立放大實(shí)像的條件時(shí)候，需要借助于數(shù)軸進(jìn)行分析，而且學(xué)生很容易得出物距和像距之間的關(guān)系.

本節(jié)課可能還有一些難點(diǎn)，如物距和像距的概念，焦距的概念，蠟燭的燭焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度的作用.總之要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行有效的教學(xué)設(shè)計(jì)，分解難點(diǎn)，突出重點(diǎn)，讓學(xué)生掌握正確探究方法的同時(shí)，也體驗(yàn)到探究的樂趣.