浅议凸透镜成像规律实验课的反思及改进方法

罗雪筹 潘红珍

摘 要：在初中物理中，凸透镜成像规律的探究内容繁多，应用相对广泛，实验难度较高。因此在新课标下，凸透镜成像实验的操作，应引起物理教师的关注。通过凸透镜成像规律实验课，探究如何上好一节物理实验课，反思凸透镜成像规律实验课中存在的问题并改进，找到正确的探究方法，提升探究效率。

关键词：初中物理;凸透镜成像;实验

中图分类号：G63 文献标识码：A

文章编号：1673-9132（2019）20-0082-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2019.20.072

《义务教育物理课程标准》中提出：义务教育阶段的物理课程是一门将实验作为基础的自然科学，需要注意学生科学探究的过程，学习物理学的基础知识，掌握科学研究方法，可以帮助学生提升问题的分析与解决能力。另外，在《义务教育物理课程标准》中也明确指出“探究并知道凸透镜成像的规律”。由此可见，“探究凸透镜成像的规律”的实验，不但是初中物理重要探究实验之一，而且还是学生学习的一个重大难点。这个重要探究实验的成功与否，直接关系到学生对凸透镜成像规律及其相关知识的掌握程度。做好这个探究实验可以培养学生动手能力和学生实验探究能力，增强学生的探究意识。

一、凸透镜成像规律实验面临的基本问题及改进措施

针对凸透镜成像规律面临的基本问题进行分析，能够让学生对可能存在的问题加以分析，最终找到解决问题的有效途径。

（一）光源问题

通过蜡烛来制作光源，通过烛焰成像的方式与上下相反的观察方式，但是左右相反的成像却无法发现，这时，就只能够利用手扇的方式加以观察。另外，这样主要是通过光屏来实现承接，无法让学生对这一实验拥有足够的印象。在燃烧过程中，蜡烛还会出现不断变短的情况。因此，在燃烧一段时间之后，光屏中心、烛焰中心以及凸透镜光心就无法保持同一高度，这时就需要重新调整，会影响学生的思维。此外，在实际操作中，由于自身的动作，就可能导致实验出现误差。并且依靠蜡泪，将其粘接在托盘上，这样也有可能引起倾斜的问题，进而影响实验准确性。从学生的身体健康考虑，蜡烛具有亮度不足和不稳定，这个实验条件需要在无风或封闭的较暗教室室中进行，全班多组实验同时进行，多个蜡烛长时间燃烧会产生大量的烟雾，这种烟雾又有浓烈的气味会让学生感到不适，也不利于学生的成长。

针对上述问题，在实验过程中，可以利用排列的发光二极管来组成“F”形图案，取代原本发光物体——烛焰。并且在光屏正面中央位置，也可以选择“F”样图案来排列9个红色发光的二极管，之后利用焊锡在光屏的背面将9个二极管串联起来，然后与电池和开关相互连接，这样就可以解决上述存在的问题。这种方式的优点在于：首先，在具体的实验过程中风不会对光源产生影响，导致光源出现大小改变和晃动的情况，同时也可以避免蜡烛燃烧之后变短或者是出现晃动之后，造成实验不准确的情况出现，让成像更加的清晰与稳定，可以有效地降低实验误差。其次，因为其本身为“F”型，所以，可以对上下左右相反的特点加以观察，通过这样的方式，也可以纠正原本错误的观念，帮助学生突破学习过程之中的个人认知难点，轻松地学习相应的知识。

（二）光屏问题

传统的实验，光屏上的成像大小只能够进行目测，一旦处于两倍焦距距离，再加上其物体成等大的实像，学生就可能认为其出现了缩小，这主要是因为相比物体本身，其成像偏暗，让学生出现一种变小的错觉，通过这样的方式，选择目测是很难获取正确结论的。所以，在实验过程当中，教师就可以选择等间距的刻度标注在原本光源所在的承接像光屏之中，然后对其进行观察、比较与记录，进而提升实验的准确性。所以，在实验过程当中，教师可以在光屏贴上画有网格线的纸片，这样网格线有助于学生直观地观察像的大小的变化情况，另外画网格时横线的线条可以采用不同的颜色画，这样有助于学生更精确地比较像与物的大小关系，进而提升实验的准确性。

（三）光具座問题

在传统的实验操作中，其光具座最左端会考虑到选择的标尺和零刻度。在实验过程中，为了获取像距以及物距，首先就需要通过两次的减法运算。在改进中，在光具座原来 45厘米的地方标注标尺将零刻度，然后在该位置对凸透镜进行固定，然后读出左右两个位置的刻度值，但是因为从中间到两边的数字在不断地增大，在实验之中就只需要将两个数据读出来，并且也不需要任何计算，从而得到物距与像距。另外，这样的方式可以规避外在因素带来的影响，在时间节约的同时，也可以实现难度的有效控制，使得学生能够拥有更多的精力主动投入到科学探究中去。

（四）透镜问题

基于凸透镜成像的规律分析，在遮挡凸透镜一部分之后，会出现成像变暗的情况，并且其实际的位置与大小基本不会改变。如果这一现象没有亲身的体验，对于这一规律就很难去把握。因此，可以选择增加一个遮光套，一旦有相对应变化出现之后，就可以针对其进行观察。因此，在实际操作之中：针对透镜的成像情况进行认真的观察，然后通过添加的遮光套，能够逐渐地改变透镜的透光面积，让学生认真地观察成像变化情况。经过实验结果分析，这样的方式，其效果也是非常明显的。

二、凸透镜成像规律实验具体问题的改进探究 

本章节的分析，主要是在探究进程之中，让学生拥有获取提问的能力;通过探究，对探究的整个过程进行分析与体验;愿意探索自然现象以及生活中的物理学原理;学习物理现象之中科学规律归纳的方法。在改进之后，一般教师都会说：首先在蜡烛摆放在与凸透镜相隔较远的地方，确保其物距超过2倍的焦距，然后调整凸透镜和光屏的距离，确保其烛焰所形成的像是清晰的，然后针对其正倒、大小进行仔细的观察，这样就可以对其远近距离进行测量;然后，将其适当地靠近凸透镜，在物距为1-2倍焦距之间即可，然后进行上述操作的重复。当移动到焦点位置的时候，对光屏上是否成像加以观察;当蜡烛再一次靠近凸透镜的时候，让物小于1倍焦距，观察光屏上能够成像，而这时候怎样才能够看到像？

这种探究方式，会导致学生陷入固定的思维模式，也就是在某一個具体的规定范围之内进行科学探究，虽然这样也可以在探究之后让学生获取想要得到的结果，但是不熟悉凸透镜成像的学生，他们就不知道为什么需要规定范围。这样的前提下，就会阻碍学生探究的实施，也不能在普遍的条件下，在更为广阔的范围之中进行对应的归纳与探究，最终获取想要的结果。同时，学生自身还会有下述的问题出现：为什么一定要按照划分的区域来进行呢？如果开始就位于物距大于2倍焦距的位置上，甚至是3倍和4倍，难道就不可以吗？为什么一定要局限于1-2倍呢？

改进之后，主要是因为没有对测像距与物距存在特殊关系的点加以预先的规定，而是先考虑到物距较大的进行测量观察，然后再逐渐地观察减小物距之后的测量，并且分析实验现象以及数据，然后通过实验的方法来寻找特殊点，最后进行总结与归纳，这样可以获取凸透镜的成像规律。

在经过改进之后，引导学生使蜡烛离凸透镜的距离从远到近间隔几厘米一次的测量。如，物距分别从30厘米至21厘米的时候间隔几厘米测量一次，但具体间隔几厘米由学生自己决定，这样可以使实验更具有普遍性。接着，教师与学生一起针对其进行归纳与总结：当物距u大于2倍焦距时，物体经过凸透镜所呈现出来的就是倒立缩小的实像。这样，学生的实验结果和教师的实验结果一样，也可以促进学生的自信心。同样方法，物距处于11厘米至19厘米的位置上，教师演示实验选择几组实验（18厘米、15厘米、12厘米），物距大于1倍焦距小于2倍焦距的时候，也就是2f>u>f，实验现象明显得到：当物距u大于1倍焦距小于2倍焦距，通过凸透镜呈现出倒立放大的实像。

之后，再引导学生思考，为什么在21cm位置上，在光屏上成倒立缩小的实像，而在18cm处时，又得到倒立放大的实像，那么是否中间存在物像等大的点？接着让学生带着问题探索倒立等大实像的点，从而探索20cm这一个点的性质。经过分析之后，学生就可以找到20cm的位置是像放大与缩小的分界点。通过这样的适当改进，就可以让学生对其有更加清楚的认识与了解。

总而言之，基于前人研究的基础，针对凸透镜成像规律实验课之中存在的基础问题和实践操作问题进行分析，希望可以对今后的实验教学有一定的指导意义。并且也希望通过本文的探究，让越来越多的学生懂得如何去操作实验，如何让实验更加顺利地完成。

参考文献：

[1]魏广启.初中物理实验教学与学生创新能力的培养[J].科技创新导报，2016（19）.

[2]涂和平.凸透镜成像实验的改进[J].中小企业管理与科技，2016（7）.

[责任编辑 谷会巧]

作者简介：罗雪筹（1986— ），汉族，广东大埔人，中学二级，研究方向：初中物理教学实验。

潘红珍（1985— ），汉族，广东梅县人，中学二级，研究方向：初中物理教学实验。

课题项目：本文系2018年广东客家地区基础教育师资培养培训协同育人中心《新时代广东客家地区初中生物理实验操作能力研究》课题成果，课题编号：GDKJ1805。