巧用几何画板处理《凸透镜成像规律》的教学难题

摘 要：在苏科版八年级第四章的《凸透镜成像规律》这节课的教学过程中，笔者根据对课程改革的理解和对教材、学情的分析，将重点确定为探究凸透镜成像规律，把难点放在科学探究中实验数据的处理和分析上。对于实验探究学生处于起步阶段，记录数据后，分析这些数据归纳得到结论，是学生比较陌生的，因而此处确定为难点。

关键词：凸透镜;成像;规律

如何有效地采集和处理实验数据让学生从众多数据中分析得出凸透镜的成像规律，是笔者反复思考的重点。听数学课后得到一个启发，是否可以请“几何画板”这个数学中的数据处理能手帮忙。

一、教学目标

1. 知识与技能

（1）了解物距u和像距v和焦距f的概念。（2）知道实像与虚像的区别。（3）掌握凸透镜成像的规律。（4）会运用凸透镜成像规律解释一些简单的现象。

2. 过程与方法

（1）培养探究实践中根据观察到的现象初步提出问题、进行合理猜想，并设计实验进行探究，得出结论的能力。（2）通过探究凸透镜成像规律的过程，体验科学研究的过程与方法。（3）学习从物理现象中总结归纳物理规律的方法。

3. 情感、态度和价值观

（1）具有对科学的求知欲，乐于观察自然现象和日常生活中的物理现象，勇于实验探究日常生活现象中的物理学规律。（2）在探究问题的过程中，有克服困难的信心和决心。（3）密切联系实际，提高科学技术应用于日常生活和社会的能力。

二、教學重点

利用凸透镜等器材探究凸透镜成像规律。

三、 教学难点

实验过程的探索，数据分析和总结规律。

四、教学器材

F光源（2cm×3.5cm）、凸透镜f=10cm（固定在0cm处）、光屏（间隔1cm方格）、光具座（专门用来研究凸透镜成像规律的仪器）。多媒体课件（flash、ppt、视频、几何画板）。

五、 教学过程

（一） 创设情境引入新课

1. 学生活动：用凸透镜来观察物体成像的情况

①用凸透镜近距离地看书上的字，②用凸透镜远距离地看窗外的风景。

（学生发现：用凸透镜近距离看到正立、放大的像，用凸透镜远距离看到倒立、放大的像和倒立、缩小的像。）

2.凸透镜成像的不同与什么因素有关？你这样猜想的根据是什么？

（学生小组讨论并猜想：凸透镜成像可能与物体到透镜的距离有关）

3.实验器材如图1所示：

（二） 设计实验与制定计划教学

1.关于实验提出问题（生生之间展开讨论和交流）

（1）凸透镜、F光源、光屏应按什么顺序摆放在光具座上？如何保证像始终能成在光屏中央？

（2）什么是物距、像距和焦距？

（3）如何操作使烛焰的像（清晰明亮）呈现于光屏上？

（4）怎样改变物距来研究像的性质与物距的关系？

（5）实验过程中应记录哪些现象和数据？

2. 学生实验过程

（1）整体感知：F发光体由远及近，调整光屏，观察成像情况。

（2）局部分别实验。

实验一：使烛焰在光屏上成倒立、缩小的像，测量并记录两次实验的物距、像距和像高。

实验二：调整物距，使烛焰在光屏上成倒立、放大的像，测量并记录两次实验物距、像距和像高。

（3）采集数据并分析与论证：能不能得到倒立缩小的实像和倒立放大的实像？能的话，物距、像距又有什么规律？

教师利用课前设计好的“几何画板”中的表格采集学生数据，并在画板中做出相应的物体和像的坐标图，让学生观察分析，归纳总结结论。

几何画板收集和处理数据的过程记录见下图2和图3：

设计分析：左侧的组别设计是利用几何画板中的隐藏/显示按钮进行区分多组数据收集，教师可以根据教学需要设置多组数据收集，中间表格中的数据输入参数分别为物距、像距和像高，以这些参数在代表主光轴上的坐标轴画图。因为采集的是实像的原因，设计中坐标轴左侧是物距，显示的是正立等高的箭头代表物体，实验中的物体是3.5cm高的F光源，所以物高的参数输入为3.5。坐标轴右侧是用倒立的箭头表示实验中的显示像，用方格纸估读像高也是为了进一步对比缩小和放大的这两个凸透镜的成像特点。为了更好地让学生观察和寻找规律分成了两个界面分别是倒立缩小的实像和倒立放大的实像。

3.学生实验三：分析实验数据，你认为在何种情况下可以得到倒立、等大的像？试一试成倒立、等大的像时，物距、像距是多少？换种不同焦距的凸透镜再试一试，情况还是这样吗？测量并记录这时的物距和像距。

4.学生实验四：当物距小于焦距时，移动光屏，在光屏上能看到光源成的像吗？通过透镜观察光源，你能看到它的像吗？这个像是什么样的特点？你能在光屏上找到这个像吗？

教师讲解：实像和虚像的概念。

5. 观察实验：调整物距使u=f，调整光屏，观察现象。

（三）归纳总结凸透镜成像特点

学生进一步讨论分析和总结规律：

（1）一倍焦距处，是物体成倒立实像还是正立虚像的分界点。

（2）二倍焦距处，是物体成缩小实像还是放大实像的分界点。

（3）……（学生自主生成）

教师可以用Flash动画展示凸透镜成像的规律，加深印象。

（四） 拓展延伸

1.小明同学在一次实验中，不小心选择了一个被污渍挡住了部分的凸透镜，你认为此时在光屏上所成的像还是完整的吗？你准备如何验证你的想法呢？

2.在实验过程中，调出一个清晰的缩小的实像，此时保持凸透镜的位置不变，只将光源和光屏的位置互换，像会如何变化？

3.若选蜡烛作为“凸透镜成像规律”实验的光源时，随着蜡烛燃烧变短，光源上的像如何移动？

4.小结：请学生谈一谈学习本节课的收获和体会。

5. 布置作业：完成“探究凸透镜呈现规律”的探究报告。

6.生活中有哪些东西是利用凸透镜成像规律工作的，是如何工作的？

六、 教学反思

笔者选用几何画板处理分析数据，受数学上的几何画板启发，数据可以选用很多，定位准确，而且形象直观，学生从多组数据中更容易归纳出来规律。从学生实验的情况来看，学生探究热情高，各小组配合默契，实验数据记录详实。在实验总结归纳时，让完成的小组去在几何画板中输入数据。因为实验时要求学生测了实像的像高，更便于和物体进行比较，来观察缩小倒立的实像和放大倒立实像的物距范围。用凸透镜成像动画向学生展示凸透镜成像的连续变化规律，形成深刻的印象。通过这些处理很好地解决了学生在这节课上的难点。此次利用这些工具也使笔者收获颇丰，能够让学生们更积极地去寻找解决教学难点的方法。

作者简介：

李真，中学一级教师，江苏省常州市，常州市朝阳中学。