多版本教材整合 優(yōu)化“透鏡”實(shí)驗教學(xué)

李超 孫立航 姚秀偉

摘?要：“透鏡對光的作用”實(shí)驗對于學(xué)生深入理解透鏡的作用和透鏡在視力矯正方面的實(shí)際應(yīng)用具有重要的價值.針對以往實(shí)驗的不足，提出多維度探究、優(yōu)化探究順序和教師演示與學(xué)生實(shí)驗相結(jié)合等改進(jìn)建議.

關(guān)鍵詞：透鏡;實(shí)驗改進(jìn);多版本教材整合

文章編號：1008-4134（2020）02-0018?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

通訊作者簡介：姚秀偉（1977-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，講師，研究方向：物理教學(xué)論.

關(guān)于“透鏡對光的作用”這一知識點(diǎn)，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》要求：認(rèn)識凸透鏡的會聚作用和凹透鏡的發(fā)散作用.“透鏡”和“透鏡對光的作用”既是“凸透鏡成像”這一核心內(nèi)容的探究和分析論證前提，也是正確理解“眼球”“視力的缺陷和矯正”的認(rèn)知前提，因此屬于重要的基礎(chǔ)性知識.每個知識的發(fā)現(xiàn)、建立等過程應(yīng)以實(shí)驗為基礎(chǔ)[1].現(xiàn)將幾個常用版本教材中關(guān)于透鏡對光的作用及相關(guān)實(shí)驗的編寫情況進(jìn)行對比分析、整合優(yōu)化和改進(jìn)創(chuàng)新，以求在達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)要求的同時培養(yǎng)學(xué)生的探究素養(yǎng).

1?教材中關(guān)于透鏡對光的作用實(shí)驗的編寫情況

教材是教師實(shí)施教學(xué)的重要依據(jù)和參考，對多版本教材的同一知識點(diǎn)進(jìn)行對比、整合，可以優(yōu)化教學(xué)設(shè)計、實(shí)施高端備課[2].為了解教材中“透鏡對光的作用”這個知識點(diǎn)的編寫思路和實(shí)驗安排，下面從該知識點(diǎn)的呈現(xiàn)方式和相關(guān)知識的邏輯順序兩個方面對教科版、人教版等七種版本教材進(jìn)行統(tǒng)計，見表1.

由表1可知，七種版本的教材與義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)對此知識點(diǎn)的要求均表現(xiàn)出了高度的一致性.從章節(jié)分布來看，人教版、北師大版、蘇科版和滬粵版將“透鏡”獨(dú)立設(shè)節(jié)，更顯出知識的獨(dú)立性和完整性，而且可以讓學(xué)生在充分消化該知識之后再進(jìn)行“凸透鏡成像”的探究.從編排結(jié)構(gòu)看，除滬科版外，其他版本教材均將凸透鏡和凹透鏡編排在相同位置，方便對比探究或講解;而滬科版將凹透鏡單獨(dú)編排在課后的“信息窗”中，位置處于凸透鏡相關(guān)知識和凸透鏡成像探究之后，使凸透鏡的知識脈絡(luò)更加連貫，但可能會使凹透鏡知識得不到足夠的重視.從相關(guān)知識邏輯順序看，六種版本（除教科版外）的教材選擇在認(rèn)識透鏡之后先給出主光軸、光心等概念，為學(xué)習(xí)透鏡對光的作用提供概念基礎(chǔ);教科版始終沒有明確提及主光軸和光心，而是利用冰透鏡聚光的故事和凸透鏡聚光的圖片直接交代焦點(diǎn)和焦距這兩個核心概念.從理解焦點(diǎn)本質(zhì)含義的需要看，應(yīng)將焦點(diǎn)的概念建立在主光軸之后;而且教科版教材在后面探究凸透鏡成像的“三條特殊光線”圖示中畫出了主光軸、隱含了光心，因此教學(xué)中應(yīng)在適當(dāng)位置補(bǔ)充關(guān)于主光軸和光心的學(xué)習(xí).在提及主光軸和光心的六種版本中，四種版本先根據(jù)透鏡與球面的關(guān)系給出主光軸，再介紹光心;而蘇科版和滬粵版則相反，將光心概念置于主光軸之前，尤其是蘇科版將主光軸描述成“過光心垂直鏡面的直線”，更方便學(xué)生理解和作圖.從呈現(xiàn)方式看，滬科版和滬教版直接將透鏡對光的作用以圖片形式呈現(xiàn)，更注重知識的結(jié)果性;教科版、人教版和北師大版則將此安排為演示實(shí)驗，可以讓學(xué)生經(jīng)歷現(xiàn)場觀察，增強(qiáng)真實(shí)感、親切感和趣味性、探究性;蘇科版和滬粵版將“透鏡對光的作用”安排為學(xué)生活動，讓學(xué)生通過動腦思考、動手探究和對比分析促進(jìn)對透鏡作用的理解，更適合于探究式教學(xué).但無論是圖片展示、實(shí)驗演示還是學(xué)生活動，選擇的內(nèi)容雖都簡單易做、現(xiàn)象明顯，但也存在不足之處.接下來將對原有實(shí)驗安排進(jìn)行分析并針對問題提出改進(jìn)建議.

2?“透鏡對光的作用”實(shí)驗分析與改進(jìn)

2.1?原有實(shí)驗

從表1列出的演示或?qū)W生活動的具體實(shí)驗內(nèi)容看，所有教材均只研究透鏡對平行于主光軸方向光的作用，且進(jìn)行演示或活動前學(xué)生均已了解部分相關(guān)概念（如主光軸、光心等）.這樣的實(shí)驗設(shè)計存在兩個缺點(diǎn)：首先是實(shí)驗不全面.除平行光外，還應(yīng)探究透鏡對非平行光的作用，以便更科學(xué)地理解會聚和發(fā)散的含義，有些教師在實(shí)際教學(xué)中已經(jīng)有意識地補(bǔ)充了這部分內(nèi)容[3].其次是光心概念的給出沒有體現(xiàn)探究性，學(xué)生并沒有思考為什么引入光心或主光軸，只是被動接受，不易理解其本質(zhì)，學(xué)生思維沒有得到有效發(fā)展.針對上述問題，下面從實(shí)驗內(nèi)容、探究順序和實(shí)驗方式幾個方面進(jìn)行改進(jìn).

2.2?改進(jìn)實(shí)驗

2.2.1?實(shí)驗內(nèi)容和探究順序改進(jìn)

為全面展示透鏡對光的作用，便于學(xué)生知識體系的自主建構(gòu)，改進(jìn)后的實(shí)驗內(nèi)容和探究順序如圖1所示.

實(shí)驗步驟及創(chuàng)新點(diǎn)：從演示透鏡對一束單色光的偏折作用入手，更符合學(xué)生認(rèn)知，因為前面剛剛學(xué)過的光的折射規(guī)律探究就是利用一束單色光進(jìn)行的.觀察一束單色光經(jīng)透鏡后出現(xiàn)偏折的現(xiàn)象，有利于學(xué)生深入理解透鏡的折射本質(zhì)，從而將新知識融入已有知識體系，并為后面揭示“會聚和發(fā)散的奧秘”奠定基礎(chǔ).然后組織學(xué)生圍繞單色光偏折進(jìn)行自主深入探究，會有學(xué)生發(fā)現(xiàn)經(jīng)透鏡上某一特定點(diǎn)的光線不發(fā)生偏折的特殊實(shí)驗現(xiàn)象，引發(fā)認(rèn)知沖突，教師恰好可以利用這一認(rèn)知沖突帶領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建光心概念.之后進(jìn)入多束光探究.以凸透鏡為例，先用三束綠色激光按教材方式發(fā)出平行光從凸透鏡左側(cè)垂直鏡面入射，如圖2（a）所示，學(xué)生觀察并得出結(jié)論后，教師追問：如果光從凸透鏡右側(cè)垂直入射或斜入射，光線還會會聚嗎？讓學(xué)生嘗試自主探究，并總結(jié)出：凸透鏡對各個方向入射的平行光均有會聚作用;保持圖2（a）所示的綠色光線不變，將三束紅光從凸透鏡右側(cè)逆著綠色光線方向射向透鏡，讓學(xué)生猜測并觀察現(xiàn)象，如圖2（b）所示，引導(dǎo)學(xué)生多維度理解折射光路的可逆性;關(guān)掉綠色激光筆，只保留紅色光束，如圖2（c）所示，再追問：三束紅光原本交匯于一點(diǎn)，經(jīng)凸透鏡后卻變成平行光，這時凸透鏡對光還起會聚作用嗎？凸透鏡是否只對平行光有會聚作用？再次設(shè)計認(rèn)知沖突，從而帶領(lǐng)學(xué)生正確深入地理解“會聚”作用的含義，構(gòu)建主光軸、焦點(diǎn)和焦距等概念.最后探究凸透鏡與三棱鏡的關(guān)系，揭示凸透鏡會聚的奧秘，體現(xiàn)多維度探究論證的思想.凹透鏡對光的發(fā)散作用也可以采取類似的方法探究.

2.2.2?實(shí)驗方式改進(jìn)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》強(qiáng)調(diào)此階段的物理課程應(yīng)注意讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗探究過程.學(xué)生實(shí)驗可以讓學(xué)生經(jīng)歷演示實(shí)驗無法給予的實(shí)踐和探究過程，更好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng).因此“透鏡對光的作用”教學(xué)可采用學(xué)生實(shí)驗和演示實(shí)驗相結(jié)合的方式，在初步認(rèn)識透鏡后，教師先演示一束單色光經(jīng)透鏡的偏折現(xiàn)象，再組織學(xué)生進(jìn)行精細(xì)探究，發(fā)現(xiàn)光心;“透鏡對平行光的作用”也采取先教師演示再學(xué)生發(fā)散探究的方式;另外，還可安排學(xué)生課后利用白光光源和放大鏡等繼續(xù)探究，練習(xí)定量測量焦距;對于學(xué)習(xí)程度好的學(xué)生，甚至可以鼓勵其進(jìn)行副光軸、副焦點(diǎn)等的嘗試性探究.

3?總結(jié)

不同版本教材中“透鏡對光的作用”的編排和呈現(xiàn)各具特色，通過比較和整合不同版本教材資源、改進(jìn)優(yōu)化實(shí)驗內(nèi)容和方式，找到對知識處理最優(yōu)的方案.

將學(xué)生實(shí)驗和演示實(shí)驗相結(jié)合，單束光、平行光、非平行光探究相結(jié)合，定性探究與定量測量相結(jié)合，讓學(xué)生在觀察、思考、分析、實(shí)踐和探究的過程中培養(yǎng)多維度探究和發(fā)散性思維，提升核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2019-09-10）