光學(xué)“圖形”突圍

王夏芳

圖形教學(xué)是光學(xué)學(xué)習的重要手段，學(xué)生掌握圖形方法能更透徹地理解科學(xué)知識。其次，圖形作為思維方法和行為方式，還蘊含著很高的認知價值。筆者根據(jù)自己多年的教學(xué)實踐，將光學(xué)難點問題分成四個模塊：1.小孔成像；2.平面鏡成像特點；3.光的反射與折射；4.凸透鏡成像規(guī)律和應(yīng)用。針對以上難點問題，找到學(xué)生在學(xué)習中的“短板”，再借助圖形進行突破。

小孔成像規(guī)律圖形教學(xué)策略

問題集結(jié)

根據(jù)科學(xué)課程標準及杭州市初中畢業(yè)升學(xué)文化考試命題實施細則，小孔成像考點有小孔成像原理，即“小孔成像”中的“像”是實像還是虛像，放大還是縮小，正立還是倒立。而教材中有關(guān)小孔成像的內(nèi)容只有一個實驗，連基礎(chǔ)圖形都沒有，學(xué)生通過預(yù)習課本只知道小孔成像原理，光路圖也不會畫。由于小孔成像畫圖是學(xué)生學(xué)習光學(xué)時剛接觸的難點問題，對于初學(xué)者，教師要有耐心與方法。

基礎(chǔ)圖形延伸——由易到難

為了解決學(xué)生的困惑，在實驗基礎(chǔ)上，再引入圖形教學(xué)。為了降低難度，還是采用小步子教學(xué)法，由簡單圖形到復(fù)雜圖形，即由易到難，循序漸進。

基礎(chǔ)圖形

小孔成像原理是光的直線傳播，通過實驗操作讓學(xué)生了解小孔成的是倒立的像，再通過畫圖讓學(xué)生理解小孔成像的原理。運用做圖手段，除了形象直觀，還有助于促進學(xué)生科學(xué)概念的形成。

拓展圖形

掌握基礎(chǔ)圖形以后，可以適當再做些延伸，從而激發(fā)學(xué)生的思維與興趣，培養(yǎng)學(xué)生的變通能力，開闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的靈活性，培養(yǎng)學(xué)生思維的創(chuàng)新性與發(fā)散性。

如圖所示，小明在一張不透光的紙上用針扎了一個直徑約為1 mm的小孔，讓白熾燈泡發(fā)出的光穿過小孔射到白紙上，請回答以下問題：

保持燈和小孔的位置不動，向下移動白熾燈，像的大小將變?yōu)開__________________。

這道題的圖跟我們看到的基礎(chǔ)圖形相似，將基礎(chǔ)圖形按順時針旋轉(zhuǎn)90度，根據(jù)題意在白熾燈向下移動處再畫一次圖形，答案即可知曉（圖2）。

平面鏡成像特點圖形教學(xué)策略

問題集結(jié)

在教學(xué)過程中，經(jīng)常遇到這樣的問題：如果鏡面是豎直的，學(xué)生基本都會畫，但如果鏡面是傾斜的，很多學(xué)生都會畫錯，而如果圖形上升到組合圖形，對學(xué)生來說難度就更大了，不知道如何解答。所以，要先學(xué)會單一圖形，再將組合圖形分解成單一問題，難點也就迎刃而解。

圖形分解與組合——從繁到簡

熟練掌握單一圖形以后，遇到復(fù)雜一點的組合與變化圖形問題時，可以將組合或變化圖形進行分解，化解難點，也可以把變化前后的每個獨立圖形畫好再進行組合。

案例：平面鏡成像問題

在做“研究平面鏡成像特點”的實驗時，小明在實驗過程中，讓玻璃板沿OO′軸（玻璃板與桌面的接觸部分）方向水平向右移動，結(jié)果他發(fā)現(xiàn)鏡中自己的像相對于自己______移動（選填“向右”“向左”或“不”）；他又將玻璃板繞OO′軸轉(zhuǎn)向自己，發(fā)現(xiàn)鏡中自己的像________（選填“轉(zhuǎn)向自己” “轉(zhuǎn)離自己”或“不動”）。

課上統(tǒng)計學(xué)生完成情況：第一空基本都能做出來，第二空錯誤率很高，因為涉及鏡面位置變化，很多學(xué)生不知道怎樣解答。教師課中引導(dǎo)學(xué)生將變化前后的兩次成像圖畫出來，然后再組合一下，答案就出來了，而前后兩次成像圖形對學(xué)生來說也沒有問題。根據(jù)題意，玻璃杯轉(zhuǎn)動前后圖形如圖3、圖4所示。

再將轉(zhuǎn)動前后的兩次圖形組合起來，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)像從1位置轉(zhuǎn)到2位置，答案是像轉(zhuǎn)向自己。

上面這道題看上去有點復(fù)雜，其實分解成單一圖形后就很基礎(chǔ)，只要找出每一個圖形的對稱圖形就可以了，所謂的難點其實是建立在基礎(chǔ)知識上，然后進行翻新與再加工。所以，教師在教學(xué)中首先要將基礎(chǔ)落實到位，學(xué)生只要掌握方法、技巧，難點則得以破解。

光的反射與折射圖形教學(xué)策略

問題集結(jié)

有關(guān)光的反射與折射，教材中共有7個光路圖，在學(xué)習了光的反射定律與折射定律后，這7個圖形難度都不算大。但如果在教材圖形的基礎(chǔ)上進行變換，或?qū)⒎瓷渑c折射兩種圖形進行混合，對學(xué)生來說難度就大了，這就需要教師在教學(xué)中給學(xué)生提供做圖解題的技巧和方法。

從動態(tài)圖形到混合圖形——逆向辨析

再復(fù)雜的圖形都離不開教材中的基本圖形，教師可以試著將復(fù)雜的科學(xué)問題轉(zhuǎn)變成學(xué)生熟知的簡單問題，使學(xué)生找到解題的規(guī)律，理解知識的本質(zhì)內(nèi)涵。

光的反射與折射混合圖形往往比較復(fù)雜，難度較大，通過常規(guī)畫圖途徑解答不出，容易讓學(xué)生陷入思維的困境。

案例：七（下）科學(xué)光學(xué)

把一個反射面向上的凹面鏡放在容器內(nèi)，在凹面鏡的焦點F處放一點光源S，然后在容器內(nèi)注入水，使水面處于焦點F和凹面鏡之間，要使點光源S射到凹面鏡的光線仍平行射到空氣中，則光源S的位置應(yīng)（ ）。

A.向F點上方移

B.向F點下方移

C.向F點左側(cè)移

D.向F點右側(cè)移

上面這道混合圖形，如果正向求解，不確定光源S在哪里，就無法入手，但逆向分析就簡單多了，根據(jù)光路可逆性，只要畫出光線從空氣平行射到凹面鏡，反射到水面，再折射到空氣中的光路圖即可。如果沒有水，可知凹面鏡會使平行光束聚于F點，現(xiàn)在由于光從水面折射入空氣中發(fā)生折射，會聚于F點下方，得出光源S在F點下方（如圖7）。

凸透鏡成像規(guī)律和應(yīng)用圖形教學(xué)策略

問題集結(jié)

凸透鏡成像規(guī)律的運用中，難題比較集中，很多難題都需要學(xué)生進行邏輯推理，對學(xué)生分析問題及科學(xué)推理能力的要求比較高，有些還要借助數(shù)學(xué)知識，而初一學(xué)生大多數(shù)思維能力與數(shù)學(xué)能力不夠，解題難度較大。

表格文本轉(zhuǎn)化——變文為圖

讓學(xué)生學(xué)會將復(fù)雜的文字信息轉(zhuǎn)化為圖形，可以不需要經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)及演算就能直接找到問題的實質(zhì)，出奇制勝，能夠更快速、簡便地解答問題。

案例：巧解七（下）科學(xué)凸透鏡典型難題

幾位學(xué)生分別用A、B、C三塊凸透鏡做成像實驗時，保持物體與凸透鏡的距離相等，得到它們成像的記錄如下表，則三塊凸透鏡的焦距關(guān)系正確的是（ ）。

文字轉(zhuǎn)變圖形求解：先畫主光軸凸透鏡，因物體與凸透鏡的距離相等，說明三支蠟燭的位置一樣，再根據(jù)表格中像的性質(zhì)標出一倍焦點與兩倍焦點的位置，然后從圖中就可以得出答案是D。

邏輯推理常規(guī)解法采用逆向思維，需要運用到不等式，初一數(shù)學(xué)還沒有教不等式的內(nèi)容，對學(xué)生來說難度有點大，導(dǎo)致班級很多學(xué)生無法得出正確答案。而圖形直觀、形象、簡明，學(xué)生印象深刻，也易于接受。

結(jié)語

總之，初一科學(xué)光中的學(xué)內(nèi)容重要又抽象，很多重難點問題與圖形息息相關(guān)，圖形很多時候可以替代記憶、思維的功效，有時還可以避免不必要的計算與推理，因此靈活運用圖形教學(xué)策略可以達到化繁為簡、變難為易的目的，讓學(xué)生最終愛上科學(xué)。