《凸透鏡成像規(guī)律》教學策略初探

劉建娟

【摘 要】探究凸透鏡成像規(guī)律實驗是初中學生遇到的第一個內容繁多、關系復雜、結構嚴謹?shù)奈锢韺嶒?。實驗的器材、操作、?guī)律、應用均為中考的熱點和難點。在一定的情景下，通過教師的優(yōu)化創(chuàng)設及同學間的互助協(xié)作進行意義建構，能有效促進學生對新知識的同化、順應和遷移，有效提高學生的自主探究和總結歸納能力。

【關鍵詞】學習需求;一維空間;動態(tài)旋轉;移動速度對比;特殊位置;理論回歸;規(guī)律的顯化和內化

一、創(chuàng)設真實情景，產生真實的學習需求——“成像”的引入

強烈的學習需要強烈的學習動機，在創(chuàng)設教學情景時，教師應盡可能地創(chuàng)設貼近學生生活的情景。在真實的情景中激發(fā)學生的求知欲，對主題進行意義建構。

導入新課可從凸透鏡成像規(guī)律的應用開始，讓學生親身觀察影儀、照相機和放大鏡所成放大、縮小、正立、倒立的像，而這些像竟然都是凸透鏡所成，這無疑會大大激發(fā)學生的好奇心，急于明白成像與哪些因素有關。這時，學生會用凸透鏡對物體進行有意觀察，看到各種類型的像，由學生總結匯報“同一只凸透鏡在什么情況下成倒立的像，什么情況下成倒立的像”，得出：觀察到的像與物體和凸透鏡之間的距離有關。

二、工欲善其事，必先利其器——對“器材”的研究

建構主義教學理論認為，學生通過探索發(fā)現(xiàn)主動建構的知識體系比通過教師傳授所建立的知識體系更具有穩(wěn)定性和外延性。從日常觀察到有目的、有意識、系統(tǒng)性的研究，其關鍵是光屏和光具座的引入。

探究凸透鏡成像規(guī)律，我們?yōu)槭裁葱枰饩咦凸馄聊兀垦芯康男枰獩Q定器材的需要，光具座的引入可解決三個問題：

1.將實驗器材和實驗操作限定于一維空間范圍，便于改變物體、透鏡和光屏的位置，降低實驗難度。

2.方便準確讀出物距和像距。傳統(tǒng)光具座將零刻度線定在光具座最左端，不便于直接讀出物距和像距，可用兩把刻度尺拼接成能移動的“活尺”，“活尺”的零刻度線對準凸透鏡的基線，整個尺子可以隨凸透鏡移動在光具座上滑動。

3.在光具座一維限度上可方便標記出一倍焦距、兩倍焦距等特殊位置。

光屏的引入也有兩個目的：一、準確確定像的位置。眼睛直接看實像或者虛像時不能確定像的位置，借助光屏可確定像的準確位置。二、確定像的大小。眼睛所看像的大小與眼睛與像的距離有關，不能準確反映像的大小，也不能準確比較像和物的大小關系。為了準確比較，需用光屏準確反映像的大小，為提高比較的準確性，可在光屏上貼方格紙。? ? ? ? 實驗中要比較像與物的大小關系、倒立關系和移動速度關系，其中倒立關系又包括上下、左右、旋轉。實驗物體的選擇，教師應循序漸進地引導學生通過分析和比較，不斷地優(yōu)化設計。

燭焰的缺陷：燭焰為立體物體易晃動，不能準確測定物距。燭焰的大小不穩(wěn)定，不便于準確比較像與物的大小，也不能完成像和物之間的旋轉研究。蠟燭在燃燒過程中會變短，燭焰中心、凸透鏡中心和光屏中心的共軸性發(fā)生變化，故實驗中不宜選用蠟燭。

目前教學中一般采用由發(fā)光二極管組成的字母“F”，但它只能完成像與物的上下、左右的靜態(tài)對比，無法完成像與物的動態(tài)研究。

建議采用裝有驅動軟件的LED電子顯示屏作為發(fā)光體，顯示屏上的文字顯示既可設為靜態(tài)，也可從左至右、從右至左，從上至下、從下至上，順、逆時針的動態(tài)旋轉。顯示屏的發(fā)光體所成的像更清晰、穩(wěn)定，便于準確比較像與物的大小關系，提高實驗的準確性，有利于學生順利的歸納凸透鏡成像規(guī)律。電子顯示屏可設定的文字移動速度，與像的移動速度做對比，可加深對凸透鏡成像規(guī)律的學習內容。

實驗中器材的選擇、實驗對象的不斷優(yōu)化，應讓學生在學習活動中發(fā)現(xiàn)、。教師應作為探究過程的引導者和啟發(fā)者，學生對知識主動的構建，才是真正有效的構建，才能促進知識的有效內化。

三、理論和實驗并行，由顯化至內化——“成像規(guī)律”的教學

學生一般難以順利歸納出成像規(guī)律，只能死記硬背、生搬硬套，原因主要是：規(guī)律中概念多、變量多、實驗操作難度大、初中生對數(shù)據(jù)信息的處理能力弱。通過多年的摸索，對數(shù)據(jù)處理和總結規(guī)律，本人提出了如下建議：

1.重視特殊位置的研究。在凸透鏡成像規(guī)律中一倍焦距、二倍焦距是重要的分界點。學生充分認識到兩個特殊位置的分界作用，才可能順利歸納出成像規(guī)律。如何讓學生主動意識到兩個位置的特殊性呢？對于不善邏輯思維和抽象思維的初中生而言，應采用具體直觀的教學方法。具體方法如下：

在“活尺”的下半部分貼上白紙條，將成縮小實像時物體和像的位置用紅色水筆記錄在紙條上，依次標記為“A”“a'”“B”“b'”“C”“c'”……將成放大實像時物體和像的位置用藍色水筆記錄在紙條上，依次標記為“D”“d'”“E”“e'”“F”“f'”……這樣可將多次成像的位置做對比，學生會意識到凸透鏡成像時，物體和像的位置存在區(qū)域界限的劃分，并且一倍焦距、二倍焦距是劃分點。

2.重視理論推理——對特殊成像的研究。在實驗操作中，學生一般不會注意等大的實像。對倒立等大實像的教學，可采用先理論推導后實驗驗證的方法。

實驗中當物體從兩倍焦距以外的向兩倍焦距移動時，像是連續(xù)縮小的，物體在兩倍焦距和一倍焦距之間移動時，像連續(xù)放大。像的大小不會突變，而是連續(xù)變化。引導學生猜想：有沒有等大的像？學生的猜想通常是肯定的，追問：物體在什么位置成等大的像？由于之前特殊位置的鋪墊，學生容易猜出在二倍焦距處。

當物體在二倍焦距處時，在異側二倍焦距附近都可呈現(xiàn)比較清晰的像，實驗誤差較大。這些誤差對學生順利歸納規(guī)律造成了很大干擾，教師應通過演示實驗驗證猜想。

教師的教學過程中傳授的不僅是知識，更要傳授理探究問題的思路和方法，讓學生經歷知識的形成過程，使教學順序與知識序和學生的認知順序相吻合。

3.規(guī)律內化的有效方法——直觀化、形象化過程。

初中生難以掌握凸透鏡成像規(guī)律的另一個重要原因是規(guī)律的呈現(xiàn)方式，一般的呈現(xiàn)方式是：

教學實踐表明：初中生并不擅長記憶復雜的表格，將規(guī)律以表格形式呈現(xiàn)，不僅會增加學生的心理負擔，而且使他們對規(guī)律產生畏懼感。

美國學者哈拉里這樣強調形象的重要性，他說：“千言萬語不及一張圖?！庇洃浶蜗蟮奈矬w比記憶抽象的名詞概念效果要好，而且形象越生動，記憶效果越好。為了降低學生的認知負擔，有效促進凸透鏡成像規(guī)律的內化，教師應盡量采用直觀形象的方式，使抽象的規(guī)律形象化起來，使枯燥、困難的記憶過程變得簡單有趣起來。

那么如何將抽象的規(guī)律形象化呢？我的辦法是為“看一看”與“做一做”兩種方法。所謂“看一看”是指用Flash軟件將抽象的成像規(guī)律制作成形象生動的動畫，然后為學生多次播放，給學生留下生動、完整的畫面。

所謂“做一做”是指教師可布置學生家庭實驗作業(yè)，讓學生利用生活中橡皮泥、火柴、吸管、塑料、泡沫等物品，動手制作光具座、物體和各種類型的像。在光具座上移動物體，在另一側的相應區(qū)間內移動像并改變像的大小。實踐表明，兩種方法可有效加深學生對成像規(guī)律的理解和記憶，調動學生學習的積極性，增加學習的趣味性。

通過觀察、猜想、設計、分析、綜合、歸納，發(fā)現(xiàn)有關物理量之間的必然關系，讓學生經歷真實、完整的探究過程。在有效的構建中，促進知識的內化，從而真正地掌握規(guī)律。在獲得知識的同時，使學生逐漸掌握物理研究問題的方法，保護并調動其學習興趣，使之獲得成功感和愉悅的心理體驗。