創(chuàng)新物理規(guī)律演示儀 培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

邵一充 龐芳 肖天華

摘 ?要 初中物理光學(xué)部分有關(guān)凸透鏡成像規(guī)律的問(wèn)題較為生澀難懂，學(xué)生對(duì)于該部分內(nèi)容運(yùn)用能力較差。為了解決這一問(wèn)題，制作凸透鏡成像規(guī)律演示儀，使規(guī)律可視化，旨在幫助學(xué)生通過(guò)觀察理解抽象的規(guī)律，提高觀察能力、思維能力，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 物理規(guī)律演示儀;物理思維;核心素養(yǎng);凸透鏡成像

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）05-0120-03

1 問(wèn)題提出

凸透鏡成像規(guī)律是初中物理光學(xué)部分的重要內(nèi)容（見(jiàn)表1），多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)此內(nèi)容時(shí)較為吃力，主要存在的問(wèn)題是課本上內(nèi)容過(guò)于抽象，而學(xué)生年齡較小，理解能力欠佳，加之在日常生活中無(wú)法直觀觀察，使得多數(shù)學(xué)生只能機(jī)械記憶課本知識(shí)，很難對(duì)凸透鏡的成像規(guī)律有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。同樣，在其他的光學(xué)實(shí)驗(yàn)中也存在較難直接觀察的問(wèn)題，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。凸透鏡成像儀器如圖1所示。

2 凸透鏡成像規(guī)律演示儀的設(shè)計(jì)思想與制作過(guò)程

材料 ?準(zhǔn)備60 cm長(zhǎng)、45 cm寬的硬紙板，白紙、細(xì)桿、鐵絲、粗筆、直徑3 cm的軸承、馬克筆、硬紙刀、粗吸管。

設(shè)計(jì)思想與制作過(guò)程

1）設(shè)計(jì)思想。因?qū)W生對(duì)課程內(nèi)容的理解較為困難，所以在以往的教學(xué)活動(dòng)中，多數(shù)教師直接給出凸透鏡的成像規(guī)律，或用投影圖片的形式展示出像與物的大小之比。在這樣的過(guò)程中，知識(shí)點(diǎn)的傳授過(guò)于死板，學(xué)生對(duì)此往往難以理解，從而出現(xiàn)死記硬背的情況，降低了在今后學(xué)習(xí)物理的積極性。

凸透鏡成像規(guī)律模型教具將知識(shí)點(diǎn)視覺(jué)化，使知識(shí)點(diǎn)以“活”的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，通過(guò)改變物體到凸透鏡的距離，使兩束光線在凸透鏡的另一側(cè)相交，從而使學(xué)生直觀判斷出不同物距下所成像的位置和大小。在課堂演示過(guò)程中，教師親自動(dòng)手，根據(jù)表1所呈現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行操作，學(xué)生即可觀察到不同物距下所得到的像的性質(zhì)。

該教具使整個(gè)變化過(guò)程連續(xù)起來(lái)，化靜為動(dòng)，將教材內(nèi)容活靈活現(xiàn)地展示出來(lái)，便于學(xué)生觀察。同時(shí)表明了知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，有利于課堂中學(xué)生與教師之間的雙向交流，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的積極性。

2）制作過(guò)程。

①選擇60 cm長(zhǎng)、45 cm寬的紙板作為教具的主體。

②在紙板的中心位置做坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，畫(huà)出坐標(biāo)軸。選擇焦距為6 cm的凸透鏡，并在凸透鏡的兩側(cè)標(biāo)出一倍焦距和二倍焦距的位點(diǎn)，如圖2所示。

③選擇用9 cm的紙板并畫(huà)上蠟燭來(lái)代表光源，并在主體板上掏出光源板的活動(dòng)槽，以便教師在后方操控活動(dòng)桿來(lái)調(diào)節(jié)物距的大小，用粗筆來(lái)代替活動(dòng)桿。移動(dòng)粗筆可使前方代表光源的紙板一起運(yùn)動(dòng)，如圖3、圖4所示。

④在整個(gè)教具設(shè)計(jì)中最為重要的地方為中軸的選擇，根據(jù)凸透鏡成像原理，必然會(huì)有一束光線透過(guò)凸透鏡的中心，并且有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)角。在該模型教具中，選擇用細(xì)桿來(lái)代替光束，為了讓其能在中軸的位置自由活動(dòng)，選擇在這個(gè)位置加個(gè)直徑為3 cm的軸承，并在軸承上安個(gè)卡扣，這樣在細(xì)桿進(jìn)退時(shí)，卡扣可以完成細(xì)桿的左右運(yùn)動(dòng)，且同時(shí)軸承可以使細(xì)桿在平面上靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5、圖6所示。

⑤光源位置的設(shè)計(jì)也比較重要，要求從光源處射出兩束光線，其中一束以平行光的形式射入凸透鏡并發(fā)生折射，另一束射入凸透鏡的中心并沿直線再次射出，因此，代表這條光線的細(xì)桿應(yīng)能自由活動(dòng)。那么，在光源處用鐵絲穿過(guò)圓環(huán)并連接細(xì)桿，使代表光源的紙板活動(dòng)時(shí)，這根細(xì)桿也能轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，如圖7、圖8所示。

⑥在教具空白處寫(xiě)出凸透鏡成像規(guī)律，如圖9所示。

3 教具的使用方法及創(chuàng)新之處

教具的使用方法

1）物距大于二倍焦距演示。教師移動(dòng)紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡二倍焦距位置之外，可動(dòng)桿與固定桿相交于凸透鏡一倍焦距與二倍焦距之間，成倒立縮小的實(shí)像，如圖10所示。

2）物距等于二倍焦距演示。教師移動(dòng)紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡二倍焦距的位置，可動(dòng)桿與固定桿相交于凸透鏡二倍焦距處，成倒立等大的實(shí)像，如圖11所示。

3）物距在凸透鏡一倍焦距與二倍焦距之間演示。教師移動(dòng)紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡一倍焦距與二倍焦距之間，可動(dòng)桿與固定桿相交于凸透鏡二倍焦距之外，成倒立放大的實(shí)像，如圖12所示。

4）物距在凸透鏡一倍焦距處演示。教師移動(dòng)紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡一倍焦距處，可動(dòng)桿與固定桿平行，此時(shí)不成像，如圖13所示。

5）物距小于一倍焦距演示。教師移動(dòng)紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡一倍焦距位置之內(nèi)，可動(dòng)桿與固定桿反向相交于代表光源的紙板同側(cè)，成正立放大的虛像，如圖14所示。

創(chuàng)新之處

1）可視性。在課堂教學(xué)中，教師運(yùn)用此教具可將抽象的事物具體化，以連續(xù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程向?qū)W生展示不同物距下所成像的大小與位置，利于學(xué)生的對(duì)比記憶，用一個(gè)教具展示多種結(jié)論，減少了課堂上多次畫(huà)圖的時(shí)間，提高了教學(xué)效率，并為學(xué)生物理思維的構(gòu)建打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2）體驗(yàn)性。教師可讓學(xué)生仿照該教具自行制作，當(dāng)學(xué)生在課下自己制成教具之后，課堂聽(tīng)講會(huì)更加認(rèn)真，有利于學(xué)習(xí)，內(nèi)心獲得成就感，為以后的物理學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

3）操作性。學(xué)生可以拿自己制作的教具與教師在課堂上一起進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)自己的操作來(lái)加深對(duì)物理知識(shí)的理解。

4）經(jīng)濟(jì)性。該教具造價(jià)低廉，對(duì)教學(xué)條件要求不高，適用于絕大部分地區(qū)學(xué)校的課堂教學(xué)。

4 培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

構(gòu)建物理觀念 ?教師和學(xué)生在一起制作屬于自己且適合自己的教具，本身就具有獨(dú)創(chuàng)性，彰顯個(gè)性思維，實(shí)踐性很強(qiáng)。制作過(guò)程也不是一帆風(fēng)順，有去粗取精、去偽存真的創(chuàng)造性勞動(dòng)，對(duì)于物理觀念的確立和理解始終貫穿創(chuàng)作過(guò)程。

滲透物理思維 ?物理學(xué)的思維方式具有邏輯性強(qiáng)、專(zhuān)業(yè)性高的學(xué)科特點(diǎn)，如果沒(méi)有這種將抽象的規(guī)律直觀化的演示教具，學(xué)生將很難理解相關(guān)知識(shí)。這種演示教具使歸納法和演繹法的物理思維得到充分彰顯。

培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 ?師生一同在課堂上使用教具進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，始終堅(jiān)信只要理念正確，尊重科學(xué)原理，就能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[2]。

參考文獻(xiàn)

[1]張顏萍.中學(xué)物理教具的生活化制作研究[J].中學(xué)物理，2018（12）：50-51.

[2]張永斌.假設(shè)法分析 逆推法求解：以力學(xué)綜合題為例[J].中學(xué)物理，2019（9）：73-74.