创新物理规律演示仪 培养学生核心素养

邵一充 庞芳 肖天华

摘  要 初中物理光学部分有关凸透镜成像规律的问题较为生涩难懂，学生对于该部分内容运用能力较差。为了解决这一问题，制作凸透镜成像规律演示仪，使规律可视化，旨在帮助学生通过观察理解抽象的规律，提高观察能力、思维能力，培养核心素养。

关键词 物理规律演示仪;物理思维;核心素养;凸透镜成像

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）05-0120-03

1 问题提出

凸透镜成像规律是初中物理光学部分的重要内容（见表1），多数学生在学习此内容时较为吃力，主要存在的问题是课本上内容过于抽象，而学生年龄较小，理解能力欠佳，加之在日常生活中无法直观观察，使得多数学生只能机械记忆课本知识，很难对凸透镜的成像规律有一个深刻的认识。同样，在其他的光学实验中也存在较难直接观察的问题，不利于培养学生的科学探究能力。凸透镜成像仪器如图1所示。

2 凸透镜成像规律演示仪的设计思想与制作过程

材料  准备60 cm长、45 cm宽的硬纸板，白纸、细杆、铁丝、粗笔、直径3 cm的轴承、马克笔、硬纸刀、粗吸管。

设计思想与制作过程

1）设计思想。因学生对课程内容的理解较为困难，所以在以往的教学活动中，多数教师直接给出凸透镜的成像规律，或用投影图片的形式展示出像与物的大小之比。在这样的过程中，知识点的传授过于死板，学生对此往往难以理解，从而出现死记硬背的情况，降低了在今后学习物理的积极性。

凸透镜成像规律模型教具将知识点视觉化，使知识点以“活”的形式展现在学生面前，通过改变物体到凸透镜的距离，使两束光线在凸透镜的另一侧相交，从而使学生直观判断出不同物距下所成像的位置和大小。在课堂演示过程中，教师亲自动手，根据表1所呈现的规律进行操作，学生即可观察到不同物距下所得到的像的性质。

该教具使整个变化过程连续起来，化静为动，将教材内容活灵活现地展示出来，便于学生观察。同时表明了知识点的来龙去脉，加深学生对知识点的理解，有利于课堂中学生与教师之间的双向交流，活跃课堂气氛，激发学生的积极性。

2）制作过程。

①选择60 cm长、45 cm宽的纸板作为教具的主体。

②在纸板的中心位置做坐标轴的原点，画出坐标轴。选择焦距为6 cm的凸透镜，并在凸透镜的两侧标出一倍焦距和二倍焦距的位点，如图2所示。

③选择用9 cm的纸板并画上蜡烛来代表光源，并在主体板上掏出光源板的活动槽，以便教师在后方操控活动杆来调节物距的大小，用粗笔来代替活动杆。移动粗笔可使前方代表光源的纸板一起运动，如图3、图4所示。

④在整个教具设计中最为重要的地方为中轴的选择，根据凸透镜成像原理，必然会有一束光线透过凸透镜的中心，并且有较大的转动角。在该模型教具中，选择用细杆来代替光束，为了让其能在中轴的位置自由活动，选择在这个位置加个直径为3 cm的轴承，并在轴承上安个卡扣，这样在细杆进退时，卡扣可以完成细杆的左右运动，且同时轴承可以使细杆在平面上灵活转动，如图5、图6所示。

⑤光源位置的设计也比较重要，要求从光源处射出两束光线，其中一束以平行光的形式射入凸透镜并发生折射，另一束射入凸透镜的中心并沿直线再次射出，因此，代表这条光线的细杆应能自由活动。那么，在光源处用鐵丝穿过圆环并连接细杆，使代表光源的纸板活动时，这根细杆也能转动一定的角度，如图7、图8所示。

⑥在教具空白处写出凸透镜成像规律，如图9所示。

3 教具的使用方法及创新之处

教具的使用方法

1）物距大于二倍焦距演示。教师移动纸板后的滑杆，使代表光源的纸板位于凸透镜二倍焦距位置之外，可动杆与固定杆相交于凸透镜一倍焦距与二倍焦距之间，成倒立缩小的实像，如图10所示。

2）物距等于二倍焦距演示。教师移动纸板后的滑杆，使代表光源的纸板位于凸透镜二倍焦距的位置，可动杆与固定杆相交于凸透镜二倍焦距处，成倒立等大的实像，如图11所示。

3）物距在凸透镜一倍焦距与二倍焦距之间演示。教师移动纸板后的滑杆，使代表光源的纸板位于凸透镜一倍焦距与二倍焦距之间，可动杆与固定杆相交于凸透镜二倍焦距之外，成倒立放大的实像，如图12所示。

4）物距在凸透镜一倍焦距处演示。教师移动纸板后的滑杆，使代表光源的纸板位于凸透镜一倍焦距处，可动杆与固定杆平行，此时不成像，如图13所示。

5）物距小于一倍焦距演示。教师移动纸板后的滑杆，使代表光源的纸板位于凸透镜一倍焦距位置之内，可动杆与固定杆反向相交于代表光源的纸板同侧，成正立放大的虚像，如图14所示。

创新之处

1）可视性。在课堂教学中，教师运用此教具可将抽象的事物具体化，以连续的动态过程向学生展示不同物距下所成像的大小与位置，利于学生的对比记忆，用一个教具展示多种结论，减少了课堂上多次画图的时间，提高了教学效率，并为学生物理思维的构建打下坚实的基础。

2）体验性。教师可让学生仿照该教具自行制作，当学生在课下自己制成教具之后，课堂听讲会更加认真，有利于学习，内心获得成就感，为以后的物理学习打下坚实的基础[1]。

3）操作性。学生可以拿自己制作的教具与教师在课堂上一起进行教学活动，通过自己的操作来加深对物理知识的理解。

4）经济性。该教具造价低廉，对教学条件要求不高，适用于绝大部分地区学校的课堂教学。

4 培养学生核心素养

构建物理观念  教师和学生在一起制作属于自己且适合自己的教具，本身就具有独创性，彰显个性思维，实践性很强。制作过程也不是一帆风顺，有去粗取精、去伪存真的创造性劳动，对于物理观念的确立和理解始终贯穿创作过程。

渗透物理思维  物理学的思维方式具有逻辑性强、专业性高的学科特点，如果没有这种将抽象的规律直观化的演示教具，学生将很难理解相关知识。这种演示教具使归纳法和演绎法的物理思维得到充分彰显。

培养科学态度与责任  师生一同在课堂上使用教具进行教学活动，始终坚信只要理念正确，尊重科学原理，就能培养学生的科学态度与责任[2]。

参考文献

[1]张颜萍.中学物理教具的生活化制作研究[J].中学物理，2018（12）：50-51.

[2]张永斌.假设法分析 逆推法求解：以力学综合题为例[J].中学物理，2019（9）：73-74.