基于物理觀念的初中物理母題設(shè)計(jì)

黃葛鴻

摘? ?要：初中物理習(xí)題中，透鏡對光線的兩個(gè)作用分別為：凸透鏡是會聚作用，凹透鏡是發(fā)散作用。其可提煉出的物理觀念分別為“會聚”和“發(fā)散”。通過去情境的方法提煉物理觀念，加情境化提升能力促進(jìn)思維提升，變情境化強(qiáng)化知識的應(yīng)用提升學(xué)生核心素養(yǎng)?；谖锢碛^念所設(shè)計(jì)而成的母題和變式訓(xùn)練可實(shí)現(xiàn)減負(fù)增效促思維。

關(guān)鍵詞：母題；情境化；變式訓(xùn)練；會聚；發(fā)散

引言

市面上教輔采用知識點(diǎn)堆積的方式設(shè)計(jì)習(xí)題，較少有遞進(jìn)關(guān)系，各題目間主線不明晰，知識點(diǎn)分散，學(xué)生不容易自行通過習(xí)題感悟具體解題方法或模型，不容易實(shí)現(xiàn)用作業(yè)使學(xué)生形成物理觀念。新課標(biāo)圍繞學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)中要求努力讓學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化[ 1 ]。而采用母題教學(xué)可使學(xué)生理解掌握基本規(guī)律，入門更為容易，又能激發(fā)思維、拓寬思維空間、掌握知識點(diǎn)間的聯(lián)系，起到舉一反三的效果[ 2 ]。初中物理習(xí)題中，透鏡的兩個(gè)作用分別為：凸透鏡是會聚作用，凹透鏡是發(fā)散作用。其可提煉出的物理觀念分別為“會聚”和“發(fā)散”。可基于此觀念設(shè)計(jì)幾道遞進(jìn)式的習(xí)題，以基礎(chǔ)題目為母題，層層遞進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主內(nèi)化物理觀念。

1? 去情境化——理解概念、落實(shí)物理觀念

去情境化是指將知識從具體的情境中分離抽象出來，從而超越情境，成為概括性的知識。物理問題的去情境化的主要目的是從具體情境中抽象出物理模型，提煉重點(diǎn)知識，在知識訓(xùn)練過程中讓學(xué)生理解物理概念、最終落實(shí)物理觀念。設(shè)計(jì)的母題有知識簡單、方法明確的特點(diǎn)。在母題的使用過程中，重點(diǎn)訓(xùn)練方法，弱化思維的訓(xùn)練。根據(jù)兩個(gè)透鏡作用觀念可設(shè)計(jì)母題如下。

母題：在圖1、圖2方框中填入合適的透鏡。

知識點(diǎn)：凸透鏡和凹透鏡對光線的作用。

題目立意分析：

根據(jù)凸透鏡對光線具有會聚作用的特點(diǎn)，當(dāng)光線射入凸透鏡時(shí)，兩邊的折射光線相對于未經(jīng)過透鏡的入射光線為靠近主光軸，此時(shí)成像的清晰位置相對于原先靠近透鏡；反之，根據(jù)凹透鏡對光線具有發(fā)散作用的特點(diǎn)，當(dāng)光線射入凹透鏡時(shí)，兩邊的折射光線相對于未經(jīng)過透鏡的入射光線為遠(yuǎn)離主光軸，此時(shí)成像的清晰位置相對于原先遠(yuǎn)離透鏡。

解題方法分析：

（1）先畫上主光軸，圖1中從入射光線的本質(zhì)出發(fā)，假設(shè)無透鏡放入兩條光線都沿直線傳播，將入射光線用虛線延長，此時(shí)兩條光線相交于如圖3中A點(diǎn)；

（2）實(shí)際放入透鏡后，兩條光線相交于B點(diǎn)，折射光路相對于原先光線的延長線（虛線部分）往兩邊張開，此時(shí)放入的透鏡對于原先的光線起到發(fā)散作用。故圖1的方框中放入的透鏡為凹透鏡；

（3）同理可知，圖2中光線的分析圖形為圖4，圖2方框中放入的透鏡為凸透鏡。

母題的評估與分析：

本題兩道小題，雖答案不同，所蘊(yùn)含的物理知識的科學(xué)分析方法是相同的。在實(shí)際教學(xué)中可先引導(dǎo)學(xué)生一起分析圖1，使學(xué)生形成基本的分析能力，理解分散作用和會聚作用的本質(zhì)特征。隨后學(xué)生自主分析圖2并完成圖4，訓(xùn)練分析方法、落實(shí)學(xué)生的兩個(gè)物理觀念。所形成的物理觀念以及相關(guān)的分析方法可解決光路的動態(tài)問題。該母題可基于物理觀念提煉出相應(yīng)的動態(tài)光路分析方法為：（1）使用凹透鏡將光線發(fā)散，物體成清晰像的位置后移，像遠(yuǎn)離透鏡，像距變大；（2）使用凸透鏡將光線發(fā)散，物體成清晰像的位置前移，像靠近透鏡，像距變小。

2? 加情境化——訓(xùn)練能力、培養(yǎng)學(xué)科思維

在學(xué)生初步形成物理觀念后，利用變式訓(xùn)練題相應(yīng)的解題方法并自主分析解答新情境題，此時(shí)的變式題可在情境和思維上進(jìn)行加深。

2.1? 變式一：近視視、遠(yuǎn)視眼的矯正策略

如圖5，圖甲為其成像圖，在圖乙所示方框內(nèi)填上的透鏡為_________透鏡，該圖是___________眼及其矯正的原理。

答案：凹? 近視

解題方法分析：

像要遠(yuǎn)離，光線要發(fā)散，故填凹透鏡。物體成像在視網(wǎng)膜前方，所以填近視眼。

題目分析：

本題為發(fā)散觀念在身邊實(shí)際應(yīng)用的習(xí)題，學(xué)生充分理解后正確理解相應(yīng)的物理觀念，脫離死記硬背的學(xué)習(xí)誤區(qū)，讓物理知識更加貼近生活。變式一還可以增加遠(yuǎn)視眼成像原理的矯正。但學(xué)生若在母題中已形成觀念，增加的遠(yuǎn)視眼成像原理題意義不大，但若是有個(gè)別學(xué)生理解速度慢，此時(shí)可增加，實(shí)現(xiàn)分層鞏固教學(xué)，實(shí)現(xiàn)變式訓(xùn)練的多個(gè)作用。

2.2? 變式二：在“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中物體成像位置的動態(tài)分析

（1）當(dāng)蠟燭、透鏡、光屏的位置如圖6所示位置時(shí)，在光屏上恰好觀察到一個(gè)清晰的像。將蠟燭稍遠(yuǎn)離凸透鏡，光屏上的像變模糊。要再次在光屏上得到清晰的像，可在蠟燭和凸透鏡之間再放上一個(gè)焦距合適的_______________；

（2）在實(shí)驗(yàn)中獲得清晰的像后，小明取了一副遠(yuǎn)視眼鏡放在凸透鏡前（如圖7所示），要使光屏上還能成清晰的像，可將光屏向_____移。

答案：（1）凹透鏡? ?（2）左（或前）

解題方法分析：

（1） 根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律特點(diǎn)，當(dāng)蠟燭遠(yuǎn)離透鏡時(shí)，像靠近透鏡，成像清晰的點(diǎn)靠近透鏡，需要佩戴合適的凹透鏡，將光路發(fā)散，使成像清晰點(diǎn)遠(yuǎn)離透鏡一些；

（2）遠(yuǎn)視眼鏡為凸透鏡，能將光線會聚，能使成像清晰的點(diǎn)靠近透鏡，故應(yīng)將光屏向左靠近透鏡。

題目分析：

在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)規(guī)律考察，兩小題為動態(tài)成像分析。第一小題為思維的順過程，第二小題為基于透鏡特點(diǎn)的思維逆過程，前后配合提升學(xué)生思維的敏捷度。本變式的最后一題還可擴(kuò)展成小明將一副近視眼鏡放在凸透鏡前，調(diào)節(jié)光屏的位置，獲得清晰的像后，將近視眼鏡拿開，要使光屏上還能成清晰的像，可將光屏向哪里移。

3? 變情境化——強(qiáng)化應(yīng)用、提升學(xué)生素養(yǎng)

變式三：小金制作了一個(gè)焦距可調(diào)節(jié)的水透鏡，如圖8甲所示，在一個(gè)圓環(huán)支架上安裝一個(gè)進(jìn)出水口，在圓環(huán)支架的兩側(cè)密封上透明的橡皮膜，用注射器通過軟管連接進(jìn)出水口，并向圓環(huán)與橡皮膜所圍成的空間內(nèi)注水，使其呈中間厚、邊緣薄的形狀，便制成了一個(gè)焦距可調(diào)節(jié)的水透鏡，如圖8乙所示。請回答：

圖8丙從水透鏡中抽水時(shí)，水透鏡的焦距變大，若不改變蠟燭和水透鏡的位置，光屏應(yīng)向_________移動，光屏上仍能呈現(xiàn)出燭焰清晰的像。當(dāng)向水透鏡中注水時(shí)，若不改變蠟燭、光屏和水透鏡的位置，則在蠟燭和水透鏡之間放_________光屏上仍能呈現(xiàn)出燭焰清晰的像。

答案：右? ?凹透鏡（或近視眼鏡）

解題方法分析：

根據(jù)水透鏡厚度對其聚光能力的關(guān)系，透鏡厚度越厚時(shí)聚光能力越強(qiáng)焦距越小，透鏡厚度越薄聚光能力越弱焦距越小。（1）當(dāng)從水透鏡中抽水時(shí)，透鏡變薄，聚光能力變?nèi)?，焦距變大。?dǎo)致光線相對原先發(fā)散，成像遠(yuǎn)離透鏡，故往右移動。（2）當(dāng)注水時(shí)透鏡變厚，聚光能力變強(qiáng)，成像清晰位置靠近透鏡，需要放置一個(gè)發(fā)散的透鏡將清晰位置遠(yuǎn)離，故填凹透鏡。

題目分析：

此變式考察的是基于焦距改變導(dǎo)致的成像位置變化，核心知識為透鏡的聚光能力強(qiáng)弱引起的成像位置變化和調(diào)整。從水透鏡中抽水時(shí)，水透鏡的中間變薄些，焦距變大，會聚光線能力變?nèi)?，光線被往主光軸方向偏折程度減小，相對原先變發(fā)散些，成像清晰點(diǎn)遠(yuǎn)離透鏡，故光屏應(yīng)將向右運(yùn)動。當(dāng)向水透鏡中注水時(shí)，會聚光線能力變強(qiáng)，光線被往主光軸方向偏折程度增強(qiáng)，相對原先更加會聚，成像清晰點(diǎn)靠近透鏡。若不改變蠟燭、光屏和水透鏡的位置，需將更會聚的光線往偏離主光軸方向發(fā)散，方可成像。故需放置凹透鏡（或近視眼鏡）

4? 結(jié)語

在物理教學(xué)中，通過去情境化和再情境化生成物理母題促進(jìn)學(xué)生對真實(shí)物理問題的理解，從而順利解決問題，同時(shí)可激發(fā)興趣、增強(qiáng)創(chuàng)新意識，促進(jìn)物理觀念形成[ 3 ]。通過以上習(xí)題的設(shè)計(jì)，將透鏡對光路的作用形成基于主要概念的習(xí)題主線，實(shí)現(xiàn)單元知識的提取和訓(xùn)練，從大單元的角度訓(xùn)練學(xué)生某一特定模塊的知識和方法，讓學(xué)生經(jīng)歷理解、訓(xùn)練、應(yīng)用的過程，在思維和能力不斷深入的過程中實(shí)現(xiàn)相關(guān)的物理知識的學(xué)習(xí)以及觀念的形成。

參考文獻(xiàn)：

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［3］ 張江寧. 例談物理問題的“去情境化”與“再情境化”：以2019年高考全國卷Ⅰ第21題為例[J]. 物理教學(xué)，2019，41（11）：70-71.