六种版本初中教材“探究凸透镜成像规律”实验的比较与启示

2019-10-25许桂清吴先球

物理教学探讨 2019年9期

彭佳，许桂清，吴先球

华南师范大学物理与电信工程学院，广州 510006

凸透镜成像问题是中学光学教学的重点之一，各个版本教材由于编者教育理念的不同，在实验设计思路、实验内容编排和表格设计上有差异。本文在横向比较各个版本教材的基础上，纵向深入对“像物虚实、大小、正倒、左右颠倒”等难点问题提出了一些改进措施与建议，希望对教学有所启示。

1 六种版本教材“探究凸透镜成像规律”设计思路的比较与分析

通过对比分析，发现上述六种版本教材都基本满足了新课标 “探究并知道凸透镜成像的规律，了解凸透镜成像规律的应用”的要求。由于编者教育理念的差异，设计思路上也有所不同。

1.1 设计思路的比较

设计思路大致有3种逻辑，如表1所示。

表1 3种设计思路

1.2 设计思路的分析

第1种思路，限制了成像性质，这种模式的优点是学生只要找到所需要成的像后记录物距和像距，找到物距和像距有什么规律，分析物距与焦距之间的关系就可以了。简化了实验过程，指导性比较强，降低了教学难点，也达到了节约时间的目的。

第2种思路，限制了物距，这样的探究方法，先给学生灌输了一个固定的探究框架，即在某个规定的范围内进行探究，虽然能让学生容易得出想要的结论，但是学生可能会对为什么要在这个规定的范围内探究产生疑问。学生的探究受到了一定的约束，不能在更大的范围、更普遍的条件下探究、归纳、总结。

第3种思路，让学生在没有任何暗示的情况下进行自主探究学习，通过大量的实验发现规律。学生通过探究活动，体验科学探究的全过程和方法，学习从物理现象中归纳科学规律的方法。

那么上面3种设计思路哪一种较好呢?建构主义教学理论认为，学生要成为有意义学习的主动建构者，教师在教学中传播的不仅是知识，还要帮助学生经历探究的过程，更为重要的是要理解探究的思路和研究方法，让学生经历科学探究的完整过程。综合比较分析认为，第3种思路最能提高学生科学思维和科学探究的物理核心素养。

2 六种版本教材“探究凸透镜成像规律”实验内容的比较与建议

不同的设计思路的指导下，各个版本教材在实验的具体编排和内容上也有所差异，如表2所示。

表2 六种版本教材“探究凸透镜成像规律”实验内容的比较

各个版本教材实验内容的编排各有优缺点，通过分析比较认为，最合理的设计是给学生提供2～3种不同焦距的凸透镜，不预先规定好要测像距与物距有特殊关系点，而是先取较大物距进行观察测量，然后逐渐减小物距进行观察测量，然后换用不同焦距的凸透镜重复实验。在大量实验的基础上进行分析，采用同中求异、异中求同和同异综合等物理科学方法寻找统一的凸透镜成像规律。

这样的做法，学生经历了真正的探究过程，规律是学生在实验的基础上通过实验数据总结出来的，印象比较深刻，避免了通过大量的“题海战术”让学生掌握成像规律。

3 六种版本教材“探究凸透镜成像规律”实验表格设计的比较与改进

3.1 实验表格的比较

人教版使用一个凸透镜对每种成像情况要求做2次实验。

教科版和北师大版都缺少像距v的记录，学生不好从表格中分析归纳出u、v之间的变化规律。

沪粤版实验记录表格中每种成像情况做1次。

苏科版设计了两个实验表格，第一个表格探究成像“大小”“正倒”和焦距之间的关系。第二个表格用来探究像物等大的关键点，并且用了两个不同焦距的凸透镜，减少了实验结果的偶然性，增加了结论的可靠性。

沪科版要求学生自己想方法测量凸透镜的焦距，要求每组学生使用不同焦距的凸透镜探究成像规律，对每种成像情况做1次实验，并且缺少物距u与焦距f的关系的记录。

3.2 实验表格的改进方案

根据上面表格存在的问题，运用上文推荐的北师大版的开放式设计思路，结合实验内容编排的改进建议，本文对实验表格做了如下的改进，见表3。

表3 凸透镜成像规律实验记录表（f=10 cm）

实验前先让学生自己想方法测量凸透镜的焦距，并在实验过程中让学生从远到近不断地接近凸透镜，在每个焦距之间至少进行3次的实验，在观察分析的基础上归纳总结像物之间的大小、虚实、正倒在不同位置之间的关系，并要求学生换一个焦距的凸透镜重复上述实验，在大量实验数据的基础上进行分析，归纳总结出凸透镜的成像规律。在一些重要的关键点上教师要做好引导工作，帮助学生发现、总结出2倍焦距点是成像大小的转折点，1倍焦距点是成像虚实、正倒的转折点。