在探究凸透镜成像规律教学中谈利用实验特点突破教学难点

李新登

摘 要： 凸透镜成像这节探究课概念多，实验器材多，学生注意力容易转移，导致其不能积极有效地参与教学过程，无法掌握凸透镜的成像规律。本文阐述了如何利用物理实验自身的特点解决本节探究课的难点。

关键词： 物理教学 凸透镜成像规律教学 实验特点

一、教学案例

多媒体展示几张优美的自然风景图片，几张关于环境污染、水土流失及沙漠化的图片，以及本班学生校运动会照片。师：“这些图片时如何得到的？”生：“照相机或者摄影机。”教师展示自制的黑盒子相机，关灯演示“拍摄”窗外景物。师：“发现了什么？”生1：“这个黑盒子照相机把窗外的景物拍摄到了在半透明纸上了。”师：“景物到了纸上了吗？”生2：“景物在窗外，纸上的是它的像。”师：“那么像是怎么形成的？今天我们就来研究这个照相机。”教师接着拆开这个黑盒子，让学生观察，师：“这个照相机有什么元件？”学生观察后疑惑地回答：“就一个镜头！”师：“窗外的景物发出光线经过该元件后成像在半透明纸这个光屏上，现在每张桌子上都有一组这样的镜头，那么它有什么样的结构特征？”通过动手观察，生3：“它中间部分比较厚，两边比较薄，而且光线可以透射过去”。接着教师展示几个不同焦距的凸透镜，通过比较并给出凸透镜的概念。师：“动手试试看，谁能够把窗外景物成像在光屏上。”学生积极实验，一会大多数学生成功了，不过有的像模糊，有的清晰。师：“同学们做得很好，刚才一会的时间就制作成了一个简易的照相机，可是有的‘像’模糊了？可以让它清晰吗？”通过实验尝试，生4：“可以，改变纸张到透镜的距离或者改变透镜的位置。”有的学生就会补充回答：“当窗外的景物和透镜位置确定时，像的位置也就确定了。”师：“很好，光屏上清晰的才是我们要找的像。那透镜位置和物体的位置确定时，实际上确定了什么？”生6：“景物与透镜之间的距离。”师：“很好，我们把物体与透镜之间的距离定义为物距？但是有个问题透镜是有厚度的，怎么算这个距离？”学生7：“物体到透镜中心的距离叫做物距。”师：“透镜的中心叫做光心，观察像和成像的物体比较又发现了什么？”学生接着回答：“像是倒立的，缩小的。”师：“很好，不过像的倒立正立要相对于成像的物体，那这个像是实像吗？”生8：“是，因为可以用光屏承接到像，说明有光线到达像的位置。”师：“为什么凸透镜就可以成像了？先观察这个演示实验。”教师给学生演示凸透镜汇聚太阳光把火柴点燃的实验。师：“很多同学都有做过这样的实验，火柴被谁点着了？为什么点着？那说明了透镜对光线具有什么作用呢？”思考后，生9：“凸透镜对光有会聚的作用。”师：“四人一组利用桌面的平行光源实验，观察凸透镜对光线的会聚作用是怎样的？”实验后，生10：“发现了旁边的光线向中间的会聚，传播方向发生改变。”“总结得很好，那还有其他发现吗？”生11：“经过透镜中心的光线传播方向不发生改变”。师：“为什么凸透镜对光线具有这样的会聚作用？”学生思考片刻后教师要求学生做平行光经过棱镜片的折射实验，结合凸透镜结构学生就自然明白了凸透镜对光线的会聚作用实际上是一种折射。教师介绍主光轴、焦点、物距及像距，并进一步通过实验演示，说明焦距反映了透镜对光线的会聚能力。师：“通过凸透镜观察近处的物体，例如黑色水笔的笔头，能发现什么？”生12：“笔尖的位置有个圆珠，当我们写字时，圆珠是滚动的。”师：“观察得很认真，为什么看得这么清楚？”生13：“因为物体放大了。”生：“没有，我们看到的是像，像是放大的，正立的。”师：“物体有被放大吗？”师：“动手实验，是实像还是虚像？”学生用光屏试图承接像后回答：“我用在另外一侧用光屏无法承接到，所以是虚像。”师：“讲得非常好，从中我们发现物体成像的特点与什么因素有关呢？”生14：“成像物体你凸透镜的距离也就是物距u。”师：“那成像特点与物距到底有怎样的关系呢？接下来我们四人一组利用桌面上器材：蜡烛、光具座、关屏一起来探究。”教师在多媒体上出示实验注意事项及实验内容，有了先前的教学铺垫，学生对于后面的探究内容就水到渠成了。

二、案例分析

1.本节课力求通过物理实验培养并提高学生的物理学习“兴趣”。

“兴趣是指一个人积极探究某种事物及爱好某种活动的心理倾向”。学生只有对物理感兴趣，才想学、爱学，才能学好，从而用好物理。因此，成功激发学生学习物理的兴趣，是提高教学质量的关键。

兴趣的前提是“需要”，初中生处在身体和思想都在发展的阶段，这一阶段学生对周围的事和物充满好奇，求知欲强，好动手，但是这节实验课由于概念多，因此学生在没有掌握的情况下往往只是机械式地实验甚至对实验不感兴趣，实验效果不理想，主要原因之一是学生没有这种需要，因此本节课教学过程中注重创设情境让学生体会到物理就在身边而且与自己联系紧密，从而激发学生的学习心理需要。例如在引入新课时，用多媒体播放优美的自然风景图片，紧接着播放几张环境破坏的图片，让学生在强烈的视觉冲击中开阔视野，产生环境保护人人有责的意识，把当前的物理学习和自己使命感相结合，然后教师展示关于学生运动会的生活照片，体会照相机对生活的影响，使学生产生研究照相机的需要，接着教师利用自制的黑盒子照相机把窗外的景物成像在半透明纸上时，学生更加迫切地想知道怎么回事，当教师打开黑盒子相机，发现只有一个透镜，此时学生累积了浓厚的动手探究这个凸透镜的心理需要，然后教师提供给学生器材，早就跃跃欲试的学生就会积极投入到自制简易照相机的实验中，去验证、去尝试，在体会成功的喜悦中，兴趣盎然；例如，研究像放大缩小特点时，让学生通过凸透镜观察水笔的笔尖，由于是身边熟悉得不能再熟悉的东西，忽然发现平时所忽视的东西，此时学生的兴趣也是高涨的；例如教师让学生分组做光经过棱镜片的实验，学生通过实验加想象不难成功地推理出凸透镜对光线会聚的原因，不但加深了对知识的理解，更体会到了科学探究的乐趣，无形中都在滋养着学生对物理学科的兴趣。

2.通过物理实验为学生提供了丰富的感性材料，促进思维。

心理学研究表明：“人的思维活动是在感性材料的基础上产生的，感性材料是思维活动的源泉和依据。”这节课概念比较多，有焦点、焦距、物距、像距、像的特点等，学生缺乏相应认识，学生如果对于这些基本的概念没有深刻的认识，则无形中会增加后面实验的难度，容易打击他们实验探究的信心，不利于后面的教学。因此，本节课在教学实施过程中尽可能通过实验多提供感性材料，例如教师演示黑盒子照相机成像实验，学生就清楚地区分成像的物体及像；分组实验把窗外的景物成像在光屏上，用凸透镜放在近处观察圆珠笔圆珠，学生就对像的放大缩小、虚实、倒立正立的特点有了感性认识；在研究凸透镜结构及会聚作用时，让学生自己去摸、去感觉凸透镜，从而形象感知凸透镜中间厚两边薄的结构特征；为了引进凸透镜对光线的会聚作用，教师通过演示实验，让学生观察、思考，从而得出凸透镜的会聚作用。为了进一步了解凸透镜的这种作用，接下来，在教师引导下，学生自己动手把平行光源和凸透镜固定在光具座上探究凸透镜的会聚作用，通过自己操作，学生获得了光线经过凸透镜（除了光心）会往凸透镜中间方向偏折，而经过光心的光纤不会偏折的感性认识，但为什么呢？为了进一步满足学生意义建构的需要，教师增设一个学生分组实验——棱镜片折射实验。结合实验并通过比较、分析、推理，学生不难得出透镜对光线的会聚作用的实质就是折射。显然这个实验，不但使学生找到了凸透镜对光线会聚作用的原因，更为学生提供了获得较为丰富的感性材料，使之加深了对凸透镜的理性认识。接着学生研究不同的凸透镜的会聚作用，发现了会聚能力各不相同，从而引出了焦距，理解焦距的物理意义。对于凸透镜成像规律，虽然教师在教学过程中都会强调记忆办法，但是这部分内容学生还是很容易混淆，因此这节课，有关于照相机的演示实验和学生分组实验，目的就是加深学生对照相机成像的感性认识，知道物距大于一倍焦距成的是实像，物距大于两倍焦距成的是缩小的像，促进对凸透镜成像规律的记忆。显然通过实验，不但累积了关于凸透镜的感性材料，促进了学生思维，使之完成对凸透镜理性认识，而且让学生熟悉了光具座的使用，锻炼了学生的实验动手能力，为后面的探究实验提供了实验基础。

总之，这节课经过教师的演示实验和学生的分组实验极大激发了学生的物理兴趣，激发学生学习物理的兴趣，使学生积极参与教学过程，获取大量感性材料，加深对凸透镜的理解，强化凸透镜成像规律的记忆，培养了学生观察能力、分析问题与解决问题能力及良好的科学作风等方面的作用，收到良好的教学效果。

参考文献：

[1]陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京师范大学出版社，2007，4.

[2]姜成果.物理教学中演示实验的作用[J].大学物理实验，2006（03）.