基于深度學習的初中物理教學活動設計

一、教材分析

本節(jié)課以人教版物理八年級上冊第五章第5節(jié)“跨學科實踐：制作望遠鏡”為例，是透鏡知識及其應用的綜合實踐，旨在通過實踐活動加深學生對透鏡成像原理的理解，培養(yǎng)其動手能力與跨學科整合能力。通過望遠鏡項目，學生將綜合應用所學的物理學科知識解決實際問題，提升個人的科學素養(yǎng)。

二、教學目標

1.理解凸透鏡和凹透鏡的成像原理，掌握望遠鏡的基本結構與工作原理，增強對物理現(xiàn)象的認識與解釋能力。

2.通過觀察、比較和分析不同透鏡組合下的成像效果，培養(yǎng)學生的觀察力、分析能力，引導學生利用邏輯思維設計并優(yōu)化望遠鏡制作方案。

3.體驗望遠鏡制作過程，經歷“提出問題—猜想假設—設計實驗—進行實驗—收集證據(jù)—解釋結論”等過程，培養(yǎng)學生的科學研究精神與動手實踐能力。

4.激發(fā)學生對物理學科的興趣，培養(yǎng)其科學探究精神，引導學生認識物理知識在日常生活中的價值，增強個人社會責任感。

三、教學重難點

教學重點：理解凸透鏡與凹透鏡成像原理，掌握望遠鏡的基本構造以及工作原理。

教學難點：觀察、比較、分析不同透鏡組合下的成像效果，培養(yǎng)學生的觀察能力、分析能力，引導學生利用邏輯思維設計并優(yōu)化望遠鏡的制作方案。

四、教學過程

（一）導入環(huán)節(jié)：故事激趣，引發(fā)思考

1.激發(fā)興趣

教師：同學們，在1608年的某天，兩個小朋友在眼鏡店門口擺弄著幾片透鏡，好奇心讓他們將透鏡對準遠處的教堂風標，兩人興高采烈。這時，眼鏡師拿起兩片透鏡一看，發(fā)現(xiàn)風向標成倍放大了。他跑回商店，將兩片透鏡裝在一個筒子里，通過不斷試驗、改進，最終發(fā)明了望遠鏡，并申請專利，后又制造出雙筒望遠鏡。就這樣，荷蘭米德爾堡眼鏡師漢斯·李波爾發(fā)明了世界上第一架望遠鏡，開啟了人類探索宇宙的征程。

2.啟發(fā)思考

教師：其實，我們生活中很多科學發(fā)明往往源于自身的好奇心，那么這個故事對大家又有怎么樣的啟發(fā)呢？

學生1：我覺得我們要珍惜自己的好奇心，敢于嘗試新的事物，我們永遠也不知道小小的嘗試可以帶來怎樣的改變。

學生2：我同意，我們要勇于實踐，大膽嘗試，在嘗試與錯誤中不斷地完善，最終達到想要的成果。

3.導入主題

教師（小結）：對呀，科學知識其實就在我們身邊，可能就在我們的日常生活中，等待著我們去發(fā)現(xiàn)。今天，我們一同爭當小發(fā)明家，用透鏡組合探索望遠鏡的制作方法。

（設計意圖：通過講述李波爾發(fā)現(xiàn)望遠鏡的小故事，激發(fā)學生對望遠鏡及其制作原理的好奇心，讓學生從故事情境中產生對物理學科的學習興趣，為后續(xù)望遠鏡制作做鋪墊。）

（二）探究望遠鏡的成像原理

1.回顧知識

教師：我們已經學習了凸透鏡與凹透鏡成像原理，現(xiàn)在請大家動動腦筋，想一下如何將這兩種透鏡組合起來，做出望遠鏡呢？接下來，我們要一同探索望遠鏡成像原理，現(xiàn)在我們先回顧一下凸透鏡與凹透鏡成像特點。

學生1：凸透鏡對物體有匯聚作用，當物體位于凸透鏡焦點外，凸透鏡會形成倒立的實像，反之凸透鏡會形成虛像。

學生2：凹透鏡對光線有發(fā)散作用，形成的像是虛像，無論物體位于凹透鏡哪一側，凹透鏡都會形成正立的虛像。

學生3：凹透鏡聚焦越短，其發(fā)散光線的能力就越強，相應的成像放大倍數(shù)也就越大；凸透鏡則是聚焦越短，其匯聚光線的能力也就越強，成像放大的倍數(shù)也就越大。

（設計意圖：通過問答的方式讓學生回顧凸透鏡與凹透鏡的成像特點，鞏固已有的知識，為后續(xù)組合透鏡實驗開展做鋪墊。）

2.實驗探究

教師：大家對凸透鏡與凹透鏡成像特點掌握得很牢固，非常好。接下來，老師給每個學習小組發(fā)放四塊透鏡，分別是直徑5厘米和3厘米的凸透鏡和兩塊直徑為3厘米的凹透鏡。請同學們動手嘗試，思考：如何將透鏡組合起來實現(xiàn)望遠的效果呢？現(xiàn)在以小組為單位展開探究。

小組代表1：我們將直徑為5厘米的凸透鏡放在前面，直徑為3厘米的凸透鏡放在后面，可以產生望遠的效果，但是需要注意，一定要將大的凸透鏡放在前面。

小組代表2：我們嘗試將直徑5厘米的凸透鏡放在前面，后面放一塊凹透鏡，這樣的組合形式同樣可以產生望遠的效果。

（設計意圖：發(fā)放不同直徑的凸透鏡與凹透鏡，讓學生開展分組實驗，探究不同透鏡組合產生的望遠效果，以實驗的形式體驗、探究和理解望遠鏡的成像原理。）

教師：很好，這兩種組合方式的確可以呈現(xiàn)望遠的效果，那么在這兩種情況下，分別呈現(xiàn)出什么樣的像呢？

小組1：在第一種組合方式下，我們得到了倒立的像。

小組2：在第二種方案中，我們得到的是正立的像。

教師：同學們觀察得非常仔細。剛才大家發(fā)現(xiàn)的組合方式實際上對應著不同的望遠鏡原理。第一種由兩個凸透鏡組成的組合，實際上體現(xiàn)了開普勒式望遠鏡的原理；第二種前面是凸透鏡而后面是凹透鏡的組合方式，則是伽利略望遠鏡的原理。

（展示兩種望遠鏡的對比，見表1）

教師：在之前的課程中，我們學習了凸透鏡、凹透鏡的光路繪制方法，在凸透鏡成像實驗中理解了焦距的概念，現(xiàn)在請同學們繼續(xù)探究，繪制出所選的有望遠效果鏡片的成像光路圖，并進行展示。

小組1：我們組先用第一種方法，使用兩個凸透鏡，光線從遠處的物體發(fā)出后，經過物鏡折射，形成一個倒立、縮小的實像，實像在物鏡的后方，距離目鏡較近，后實像再通過目鏡放大，形成一個正立、放大的虛像，由此我們就可以看到遠處的物體了。

小組2：我們小組認為望遠鏡的放大倍數(shù)與物鏡和目鏡的焦距有關系，結合我們之前所學習的凸透鏡成像原理，物鏡焦距越長，形成的實像就越大；目鏡焦距越短，對實像的放大作用就越強，為此物鏡的焦距越長，目鏡的焦距就越短，因此望遠鏡的放大倍數(shù)就越大。

教師：大家都表現(xiàn)得非常好，不僅繪制出了光路圖，還清晰地解釋了望遠鏡的成像原理以及放大倍數(shù)的影響因素。的確，望遠鏡的放大倍數(shù)與物鏡、目鏡焦距有關，物鏡焦距越長，形成的實像也就越大，但在視場范圍會相應地縮小，目鏡的焦距越短，對實像的放大作用也就越強，故在實際應用中，可以根據(jù)具體觀測需求選擇合適的物鏡與目鏡焦距進行組合。

（設計意圖：組織學生觀察、分析實驗現(xiàn)象，繪制光路圖，理解望遠鏡的成像原理，以及放大倍數(shù)的影響因素，培養(yǎng)學生的觀察能力、分析能力以及問題解決能力。）

（接著）教師：除了剛才我們分析過的望遠鏡類型，還有牛頓反射望遠鏡以及折反射望遠鏡等，每種望遠鏡都有其特點，適用于不同的觀測場景?，F(xiàn)在，我們同樣以小組合作的形式，選擇自己感興趣的一種望遠鏡對其進行觀察，然后完成一份關于此望遠鏡成像原理、優(yōu)缺點以及適用場景的分析報告。

（三）望遠鏡類型分享與討論

教師：同學們，在之前我們已經討論了望遠鏡的基本成像原理以及影響放大倍數(shù)的重要因素?，F(xiàn)在，請各小組派代表展示大家的研究成果。

小組1：我們小組選擇的是折射式望遠鏡。其成像原理主要是通過透鏡系統(tǒng)進行聚焦，以放大遠處物體的光線。此類望遠鏡的優(yōu)勢在于設計與功能簡單，適合初學者使用，且在觀測地面景物時能夠提供清晰的圖像。然而，這類望遠鏡也存在局限性，如對于某些波長的光會出現(xiàn)色差。

小組2：我們小組選擇反射式望遠鏡，其中最經典的是牛頓式反射望遠鏡，利用凹面反射光線形成圖像，其優(yōu)勢在于可以有效收集更暗弱的光線，適合深空探測，其結構復雜，需要定期維護，如調整光軸。在調研中發(fā)現(xiàn)，反射式望遠鏡更符合有一定天文基礎的人。

小組3：我們分析了反射式望遠鏡（卡塞格林設計）。這種望遠鏡結合了折射與反射兩種原理，既能避免色彩問題，又能保證較大的口徑與長焦距，適用于行星的觀測與攝影工作。

（設計意圖：以小組報告的形式，讓學生分享對折射式、反射式等不同類型的望遠鏡的研究成果，加深對望遠鏡成像原理以及其特點的理解。）

（四）設計望遠鏡制作方案

教師：很好，通過之前的討論與實驗，我們已經了解了望遠鏡的成像原理以及不同透鏡組合的特點，現(xiàn)在我們需要將其轉化為實踐，制作屬于我們自己的望遠鏡。在正式設計前，大家需要仔細想一下透鏡的選擇、鏡筒的長度以及組裝方式，保障望遠鏡可以達到我們預期的成像效果。

（學生分組展開討論，教師巡視指導，觀察各小組討論情況，并給予適當?shù)慕ㄗh）

教師：好的，時間差不多了，請各小組選派一名代表上臺分享你們的制作方案。

小組1：我們小組最終決定采用開普勒望遠鏡的設計方案，將直徑5厘米的凸透鏡作為物鏡，焦距為30厘米，直徑為3厘米的凸透鏡作為目鏡，焦距為3厘米，這樣可以得到一個放大倍數(shù)約6倍的望遠鏡。鏡筒的長度是35厘米，預計在后期的組裝中，我們會將物鏡固定在鏡筒一端，目鏡則安裝在另外一端，通過調節(jié)兩者的距離實現(xiàn)成像效果的優(yōu)化。

教師：第一組同學給我們做了很好的示范，他們選擇的是開普勒望遠鏡，同時考慮到鏡筒長度，這種設計方式可以形成倒立放大的虛像，非常適合天文觀測。那其他小組同學還有什么想法呢？

小組2：我們同樣選擇了開普勒望遠鏡，但與小組1的設計有所不同。我們選擇的物鏡是直徑為5厘米、焦距為30厘米的凸透鏡，而目鏡則是直徑為3厘米、焦距為7.5厘米的凹透鏡。將這兩者進行搭配組合，可以實現(xiàn)望遠效果。將凹透鏡作為目鏡后，最終的成像更加清晰，有效減輕了眼睛的疲勞感。在鏡筒長度的設計上，我們考慮了物鏡焦距與目鏡焦距的一半之差，并預留了組裝時的微調空間，最終確定鏡筒長度為26.25厘米。

教師：第二小組的設計方案非常有創(chuàng)意，選擇了凸透鏡與凹透鏡相組合的方式，這種方式在具體應用中較為常見，可以產生倒立放大的實像，再經過目鏡放大成為正立的虛像，同時小組內的學生考慮到了鏡筒的長度以及安裝時的需求。還有其他小組想要分享嗎？

小組3：我們小組決定制作伽利略望遠鏡。我們選擇的物鏡是直徑為5厘米、焦距為30厘米的凸透鏡，目鏡則是直徑為3厘米、焦距為7.5厘米的凹透鏡?？紤]到目鏡為凹透鏡，可以成正立的像且適合地面觀測，我們在鏡筒長度的選擇上采用了物鏡焦距加上目鏡焦距一半的方法，并預留了一定的調節(jié)空間，最終確定為33.75厘米。在后續(xù)的組裝過程中，我們會注意調整物鏡與目鏡的間距，以保障成像的清晰度。

教師：第三小組的設計方案也非常精彩，他們選擇的是伽利略望遠鏡，并結合其特點，給出了符合要求的鏡筒長度。

教師：很好，我們現(xiàn)在已經有了具體的設計方案，接下來就讓我們動手制作望遠鏡吧！在制作中大家要注意安全，避免燙傷，同時透鏡非常脆弱，切記要輕拿輕放，避免被劃傷或弄臟。

（提前準備好制作所需工具，剪刀、膠槍、雙面膠、彩色卡紙等，學生開始制作望遠鏡，教師巡視指導）

各種活動片段展示：

學生活動一：

學生1與學生2正使用剪刀裁剪卡紙，制作鏡筒。

教師：你們準備制作多長的鏡筒呢？

學生1：我們準備裁剪35厘米，目前已經量好長度，就剩下剪裁、粘貼了。

教師：那在使用剪刀的時候要小心，同時盡可能剪裁精準些，這樣可以保證最終的成像效果。

學生活動二：

學生3和學生4在使用膠槍固定物鏡。

教師提醒學生：注意不要燙到自己，物鏡要固定在鏡筒的一端，保障其不會出現(xiàn)松動。

教師：大家制作時都非常認真，現(xiàn)在請大家拿起自己的望遠鏡，試著觀察遠處的物體，看看其成像效果如何。

（學生紛紛拿起自己的望遠鏡進行觀察，興奮交流觀察結果）

學生1：我們的望遠鏡成像很清晰，可以看到葉子紋理。

教師：很好，看樣子大家都掌握了望遠鏡的制作方法。接下來，我們將一起進行望遠鏡展評活動，每個小組派一名代表上臺展示小組的作品，并簡要介紹小組的制作過程與成像效果。

（各小組依次上臺進行展示，其他小組學生進行點評并提問）

展評環(huán)節(jié)：

小組1：我們小組制作的是開普勒望遠鏡，選擇直徑為5厘米的凸透鏡作為物鏡，直徑為3厘米的凸透鏡作為目鏡，鏡筒的長度是35厘米，通過調整物鏡與目鏡距離，可以得到清晰的成像效果。

教師：第一組同學制作的望遠鏡非常精致，成像效果也很好。大家在剛才望遠鏡的制作中遇到了什么困難？你們是怎樣解決的？

小組1：我們在調整物鏡與目鏡的距離上花費了較多時間，需要不斷嘗試、觀察，才找到了最佳的位置。

教師：很不錯，你們在遇到問題時可以積極解決。

（其他小組依次展示，展評活動結束）

教師：通過此次實踐活動，我們了解到了望遠鏡的成像原理，親手制作望遠鏡，體會到了科學探究的樂趣，希望大家可以進一步保持這種好奇心與探索精神，今天的課程到此結束，下課。

（設計意圖：通過展示與介紹望遠鏡作品，學生在體驗中獲取成功，增強個人的自信心與成就感，同時可以觀察、評價其他小組的作品，總結經驗教訓，拓寬自己的視野。）

五、教學反思

本次教學活動旨在通過制作望遠鏡的實踐活動，加深學生對凸透鏡與凹透鏡成像原理的理解，使其掌握望遠鏡的基本結構與工作原理，增強觀察能力、分析能力以及動手實踐能力，對望遠鏡的成像原理有較為清晰的認識，并提出望遠鏡設計方案，開展小組制作，目前此目標已經實現(xiàn)。

在本次教學中通過故事激趣的形式，成功激發(fā)了學生的學習興趣與好奇心，為后續(xù)教學活動奠定了良好基礎；在探究望遠鏡成像原理與設計制作中，鼓勵學生相互交流、合作學習，以此來提升學生的參與度，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作能力與問題解決能力；在動手實踐中體驗科學的趣味性，加深學生對物理知識的理解。在后續(xù)的教學過程中，我們將致力于構建更加開放、互動且富有探究性的物理課堂，以期促進學生的全面發(fā)展和學科素養(yǎng)的顯著提升。

編輯：趙飛飛