逆向思維 大膽創(chuàng)新

徐永芝　靳锎

1 教材分析

《凸透鏡成像的規(guī)律》是魯科版教材第4章第2節(jié)的內(nèi)容，為后面學(xué)習(xí)生活中透鏡的原理、調(diào)節(jié)方法、眼睛的成像原理、眼疾的成因與矯正等提供了理論支持，是本章的核心內(nèi)容。

2 設(shè)計(jì)思想

逆向思維也稱反向思維，是指轉(zhuǎn)換思維視角，用不平常的思維方法來(lái)考慮問(wèn)題。運(yùn)用逆向思維去思考和處理問(wèn)題，通常會(huì)有意想不到的發(fā)現(xiàn)。逆向思維在物理學(xué)史上有非常經(jīng)典的案例——電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)。1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，英國(guó)物理學(xué)家法拉第采用逆向思維的方式堅(jiān)信既然電能生磁，那么磁一定能生電，經(jīng)過(guò)10年不懈的努力，終于在1831年提出了著名的電磁感應(yīng)定律。

在探究“凸透鏡成像規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，一般的思維方式是先探究物距滿足什么條件時(shí)，分別成倒立縮小的實(shí)像、倒立放大的實(shí)像和正立放大的虛像。通過(guò)數(shù)據(jù)的不完全歸納得出物距滿足的條件，然后再探究3個(gè)成像區(qū)間的兩個(gè)分界點(diǎn)，u=2f和u=f時(shí)分別成什么像。筆者采用逆向思維的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，先探究物距和像距滿足什么條件時(shí)成等大的像，物距滿足什么條件時(shí)光屏上剛剛開始沒(méi)有像，從而得到放大、縮小實(shí)像的分界點(diǎn)是u=2f和u=2f，光屏上有無(wú)像的分界點(diǎn)是u=f，順理成章地得到物距和像距分別滿足什么條件時(shí)成倒立縮小的實(shí)像、倒立放大的實(shí)像和正立放大的虛像。

3 目標(biāo)定位

3.1知識(shí)與技能

（1）知道凸透鏡成像的規(guī)律。

（2）知道凸透鏡成放大、縮小像的分界點(diǎn)，實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)。

3.2過(guò)程與方法

經(jīng)歷探究“凸透鏡成像的規(guī)律”的過(guò)程，體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究的技巧和方法。

3.3情感 態(tài)度與價(jià)值觀

在探究“凸透鏡成像的規(guī)律”的過(guò)程，有克服困難的決心和信心，有主動(dòng)和他人合作、交流的精神。

4 教學(xué)過(guò)程

4.1自主發(fā)現(xiàn) 大膽猜想

師：拿起凸透鏡觀察周圍的人或物，你有什么發(fā)現(xiàn)？

生：靠近課本上的字，觀察到正立放大的像，觀察老師，看到倒立縮小的像……

師：凸透鏡成不同的像跟什么有關(guān)？

生：跟物體到凸透鏡的距離有關(guān)，或跟遠(yuǎn)近有關(guān)……

師：結(jié)合課件介紹物距和像距，把物體到凸透鏡的距離叫做物距，用小寫的“來(lái)表示，把像到凸透鏡的距離叫做像距，用小寫的u來(lái)表示。凸透鏡成像跟物距有什么關(guān)系呢？這節(jié)課我們就帶著這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探究。

點(diǎn)評(píng)：學(xué)生通過(guò)觀察周圍的人或物，自主發(fā)現(xiàn)了凸透鏡成像的特點(diǎn)，并大膽猜想出凸透鏡成不同的像與物距有關(guān)，為探究凸透鏡成像和物距有什么具體關(guān)系做了充分準(zhǔn)備。

4.2介紹器材 充分鋪墊

（1）光具座：光具座一邊有刻度尺，可以讀出物距和像距，上面有可以移動(dòng)的滑座，滑座旁邊有螺絲，可以固定插入的物體。

（2）“F”光源：LED燈做的“F”物體，后面有開關(guān)，按一下便可打開，實(shí)驗(yàn)完后及時(shí)斷開開關(guān)。

（3）光屏上有橫格，“F”物體相當(dāng)于2個(gè)橫格高度。

（4）凸透鏡的焦距f=10cm。

（5）實(shí)驗(yàn)器材：聲光控制器，如圖1所示。

4.3探究?jī)?nèi)容

下面分別通過(guò)一探、二探和三探完成凸透鏡成像規(guī)律的探究。一探為二探做準(zhǔn)備，二探是探究的核心，三探是在二探基礎(chǔ)上完善成像的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)探究的深度不斷加大，達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。探究?jī)?nèi)容如下。

4.3.1一探

（1）凸透鏡固定在50cm處，“F”物體放在零刻線上，移動(dòng)光屏找到清晰的像，觀察并記錄像的特點(diǎn)和像距。

（2）讓“F”物體繼續(xù)靠近凸透鏡，直到緊挨在一起，找到清晰的像，觀察并記錄像和像距的變化。

4.3.2二探

（1）找到成等大清晰像的位置，記下物距和像距。

（2）找到剛開始在光屏上看不到像的位置，記下物距。

4.3.3三探

物距小于焦距（10cm）時(shí)，光屏上沒(méi)有像。

4.4整體感知 蓄勢(shì)待發(fā)

師：把凸透鏡固定在50cm處，“F”物體放在零刻度上，移動(dòng)光屏找到清晰的像，觀察并記錄像的特點(diǎn)和像距。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后展示像的特點(diǎn)和像距。教師將像距u的數(shù)據(jù)寫在副板書上：u=50cm，u=12cm、12.5cm、13cm等。

師：為什么像距不同？

生：由于每個(gè)小組判斷像的清晰度有誤差造成的。

師：那如何得到清晰的像？

生：左右移動(dòng)光屏，找到清晰的像。

師：左右移動(dòng)光屏，光屏“F”上的光點(diǎn)“粒粒在目”便是清晰的像。有的像呈在了光屏下方，如何調(diào)到中央便于觀察呢？

生：調(diào)節(jié)凸透鏡的高度，或調(diào)節(jié)光屏的高度

師：調(diào)節(jié)“F”物體、凸透鏡和光屏三者中心在同一高度。

學(xué)生重新嘗試如何調(diào)節(jié)三者中心在同一高度，如何找到最清晰的像。

師：讓“F”繼續(xù)靠近凸透鏡，直到緊挨在一起，找到清晰的像，觀察并記錄像和像距的變化。

學(xué)生探究，教師給予指導(dǎo)。探究結(jié)束后，學(xué)生展示成果。

生：物距減小時(shí)，像距變大，像也變大。

生：物體離凸透鏡很近時(shí)，屏上沒(méi)有像。

教師根據(jù)學(xué)生的回答將對(duì)應(yīng)的圖畫在正板書上，如圖2所示。

點(diǎn)評(píng)：學(xué)生通過(guò)初步探究，在教師的指導(dǎo)和糾偏下，學(xué)會(huì)了一些實(shí)驗(yàn)基本的技能和方法，如何使像呈在光屏中央，如何找到最清晰的像。并且從整體上把握了物體靠近凸透鏡，物距減小時(shí)，像和像距的大體變化趨勢(shì)，為下面的探究做了充分的準(zhǔn)備。

4.5深入探究 發(fā)現(xiàn)規(guī)律

師：物距減小時(shí)，像距變大，像也變大，變得比物體還大，在哪個(gè)位置成等大的像？物距再減小時(shí)，光屏上開始沒(méi)有像，這個(gè)位置在哪里呢？請(qǐng)大家找到這兩個(gè)位置，記下相應(yīng)的物距和像距。endprint

學(xué)生實(shí)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生在二探中遇到困難時(shí)要給予適當(dāng)指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師將3個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告放在一起用投影儀展示。

師：由于像清晰度和大小判斷存在誤差，數(shù)據(jù)可能不完全相同，成等大清晰像時(shí)物距和像距都趨近于哪個(gè)數(shù)值？

生：20cm。

師：這個(gè)數(shù)值和焦距f有什么關(guān)系？

生：2f。

教師在圖上標(biāo)出成等大像時(shí)物和像的位置，用2f標(biāo)注。

師：在光屏上剛開始看不到像時(shí)，物距和焦距f有什么關(guān)系？

生：此時(shí)物距u=f。

教師在圖上標(biāo)出在光屏上剛開始找不到像時(shí)的物距，用廠標(biāo)注。

師：2f是縮小、放大實(shí)像的分界點(diǎn)，f是屏上有無(wú)像的分界點(diǎn)。請(qǐng)大家總結(jié)物距在不同范圍時(shí)凸透鏡成像的規(guī)律。

小組內(nèi)同學(xué)交流后展示成像規(guī)律，教師板書，見表1。

師：根據(jù)物距u=50cm時(shí)，u=12cm、12.5cm、13cm、50cm（>2f），而像距u都是大于焦距10cm的，也就是u>f。也可以用另一種方法來(lái)理解，u>2f時(shí)進(jìn)一步推理，物距足夠大時(shí)，相當(dāng)于發(fā)出平行光，平行光會(huì)聚于焦點(diǎn)，推理得出u>2f時(shí)，像距u>f。

點(diǎn)評(píng)：二探是本節(jié)課的核心，關(guān)系到本節(jié)課的成敗。在初步探究的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生首先提出問(wèn)題，在哪個(gè)位置成等大的像，在哪個(gè)位置光屏上剛開始沒(méi)有像，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中給予啟發(fā)和引導(dǎo)，通過(guò)智慧共享分析數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納像大小的分界點(diǎn)和光屏上有無(wú)像的分界點(diǎn)。再結(jié)合著圖2，小組內(nèi)總結(jié)展示凸透鏡成像的規(guī)律。整個(gè)過(guò)程學(xué)習(xí)任務(wù)精細(xì)化，使學(xué)生一步步達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過(guò)尋找像的分界點(diǎn)，總結(jié)出凸透鏡成像的規(guī)律。

4.6繼續(xù)探究 完善規(guī)律

師：物距小于焦距時(shí)，光屏上沒(méi)有像，是不是真的不成像了呢？如果成像，如何能看到？如圖3所示的圖片能不能得到啟示？

學(xué)生不斷補(bǔ)充，發(fā)現(xiàn)找到這個(gè)像的方法。

生：將光屏拿掉，透過(guò)透鏡來(lái)觀察“F”物體。

師：找到像后，在像的位置放上光屏，從側(cè)面觀察光屏上有沒(méi)有像。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，展示u

生：正立放大的虛像。

教師將“正立放大的虛像”板書在成像規(guī)律表格里，并在圖2上畫出像的位置和特點(diǎn)。

師：區(qū)分實(shí)像和虛像可以用光屏上有無(wú)像的方法，也可以從實(shí)像和虛像的成因來(lái)區(qū)分，請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)實(shí)像和虛像是如何形成的。

生：實(shí)像是實(shí)際光線會(huì)聚而成的，虛像是實(shí)際光線的反向延長(zhǎng)線相交而成的。

點(diǎn)評(píng)：為了得到u

4.7盤點(diǎn)收獲 總結(jié)升華

師：組內(nèi)同學(xué)對(duì)照學(xué)習(xí)目標(biāo)，一對(duì)一談?wù)勛约涸谥R(shí)和方法上的收獲。

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

（1）知道凸透鏡成像的規(guī)律。

（2）知道凸透鏡成放大、縮小像的分界點(diǎn)，實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究的技巧和方法。

生：說(shuō)出了5條成像規(guī)律。

生：2f是像大小的分界點(diǎn)，廠是實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)。

生：如何找清晰的像，如何使像成在光屏中央。

生：區(qū)分實(shí)像和虛像的方法。

生：通過(guò)數(shù)據(jù)歸納得到一般的結(jié)論。

師：同學(xué)們談的非常全面。2f是像大小的分界點(diǎn)，f是實(shí)像和虛像的分界點(diǎn)，這也是我們探究凸透鏡成像規(guī)律的最根本方法，找像的分界點(diǎn)。

點(diǎn)評(píng)：通過(guò)科學(xué)探究不僅要讓學(xué)生知道5條凸透鏡成像的規(guī)律，還要讓學(xué)生學(xué)會(huì)探究中蘊(yùn)含的技巧和方法，明確探究“凸透鏡成像規(guī)律”的最根本方法是找像的分界點(diǎn)。

4.8意猶未盡 課后探究

（1）凸透鏡成像的規(guī)律在生活中有哪些應(yīng)用？

（2）在5條凸透鏡成像規(guī)律的基礎(chǔ)上，你還能發(fā)現(xiàn)哪些新的規(guī)律？

5 課后反思

（1）采用逆向思維進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，大膽創(chuàng)新，突破了以往給定數(shù)值進(jìn)行不完全歸納性探究的局限性，直接針對(duì)成像分界點(diǎn)進(jìn)行精確探究。

（2）采用自制教具“F”光源和有方格的光屏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性大大提高。

（3）用問(wèn)題串引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探究，問(wèn)題設(shè)計(jì)具有導(dǎo)向性、層次性和思維性。

（4）通過(guò)一探、二探和三探的活動(dòng)方式，使實(shí)驗(yàn)探究的深度不斷加深，達(dá)到了預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。