浅析科学素养下“探究凸透镜成像规律”的教学反思

苏春永

【摘 要】本文通过“探究凸透镜成像规律”引导学生明白凸透镜成像情况与物距有关，激发学生科学探究兴趣，让学生经历产生学习探究兴趣、发现问题、激发知识辩证的矛盾、进一步解决问题的学习过程，培养学生的实验数据分析及论证等能力。

【关键词】凸透镜;凸透镜成像规律;物距;蜡烛;科学探究

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2021）10-0140-02

引导学生探究凸透镜成像规律时，教师要引导学生开展因果关系的推理分析，使学生掌握从特殊过程到一般过程，找到普遍的探究科学规律的方法，培养学生正确处理信息的科学能力，激发和提高学生的科学探究素养。教师要引导学生通过科学探究的正确步骤，找到凸透镜成像规律，真正树立科学的价值观。

1   探究凸透镜成像步骤的教学反思

在八年级物理“探究凸透镜成像”的教学中，由于刚刚接触物理，学生在学习时既要背诵一些物理概念和规律，又要开展常规计算，难以产生寻找良好学习方法的兴趣。所以在实验开展前，笔者先让学生测量本次实验中凸透镜的焦距，给学生解说与凸透镜有关的知识，引导学生用平行于主光轴的烛焰光线射向凸透镜的中央，当学生在凸透镜的另一侧用光屏承接到一个最小最亮的点时，让学生再用刻度尺测量这个亮点到凸透镜光心的距离，即凸透镜的焦距f。有的学生注意力很集中，可有的学生测量时要么产生错误，要么误差较大。为什么会产生这些错误呢？实验开始时，笔者让学生在水平桌面上放好光具座，并向学生强调实验桌水平放置的重要性，接着让学生在光具座上从左到右依次放置蜡烛、凸透镜、光屏，引导学生调节凸透镜和光屏，使凸透镜和光屏的中心跟蜡烛火焰的中心大致在同一高度。有些学生调节得非常好，可有些学生调节时手忙脚乱，没有科学对待实验，没有真正理解实验的科学性、严谨性。有些学生好奇地问笔者凸透镜的中心、光屏的中心、烛焰的中心为什么要在同一高度。教学时笔者并没有告诉学生答案，而是让学生通过实验发现这样做是为了使像能清晰地呈在光屏的中央，便于较好地观察像的大小。笔者再引导学生固定好凸透镜在光具座上的位置，使蜡烛位于凸透镜的2 f以外。在学生移动光屏的过程中，笔者要求学生注意观察光屏上的成像情况，直到观察到光屏上出现一个最清晰的蜡烛火焰的像时停止。然后，笔者让学生仔细观察此时像的情况，其是一个倒立的火焰，而且是比烛焰小的实像，要求学生仔细测量并记录好此时的物距u和像距v，把物距、像距与凸透镜的焦距 f、2 f 比较。之后让学生移动凸透镜，使物距u等于二倍焦距，移动光屏，观察光屏上的成像，其是一个倒立等大的实像，笔者又让学生测量出此时的物距和像距的大小，思考如何运用此原理测量凸透镜的焦距。学生的学习积极性有所提高，笔者让学生继续使烛焰位于凸透镜一倍焦距 f 和二倍焦距2 f 之间，同时移动光屏，直到观察到光屏上出现一个倒立、放大的实像。让学生继续探究当物距u等于焦距 f 时在光屏上能否观察到像，并思考此过程中为什么不能成像？最后让学生使烛焰位于凸透镜的焦距 f 以内，移动光屏，学生观察到此时光屏上得不到像。让学生撤去光屏，问学生在右边光屏侧可以看到什么。学生回答后，笔者总结，此时应当是正立放大的虚像[1]。

2  探究凸透镜成像规律时学生找不到像的原因教学反思

在探究凸透镜成像规律时，要调节蜡烛火焰、凸透镜和光屏的中心，使三者的中心大致在同一高度，以便使像成在光屏的中央。可有的学生探究凸透镜成像规律时，无论怎么向左或者向右移动光具座上的光屏，烛焰都不能在光屏上成像。这时教师应适当引导学生正确进行科学探究，懂得科学的核心是探究，学习物理就要学会科学探究，了解科学探究的重要性，产生对物理的学习积极性。

让学生通过实验探究得知，第一种情况是烛焰、凸透镜、光屏的中心不在同一高度。实验中当蜡烛越燃烧越短，光屏上像的位置是会越来越高还是越来越低？探究过程中，学生发现像会越来越高。对于调整的方法有哪些，学生在实验探究的过程中发现，应当只将光屏向上移动、或者只将蜡烛向上移动、或者只将凸透镜向下移动。同时学生在实验探究中可能发现，像在光屏的左侧或者右侧时应调节什么以及如何进行调节。教师还要引导学生思考如果实验中不小心摔烂了凸透镜，而此时没有备用的凸透镜，或者是遮住凸透镜的一部分，成像效果是怎样的。教师要激发学生的好奇心，通过科学探究，学生发现此时仍会有一个完整的像，只不过没有原来亮，而是暗了些。

让学生探究得知，第二种情况是蜡烛到凸透镜的距离等于凸透镜一倍焦距或者是在一倍焦距以内。此时教师要让学生科学探究，积极发挥思维想象。在开展“探究凸透镜成像”规律时，让学生明白加近视镜也就是在烛焰和凸透镜之间加上一个凹透镜，因为凹透镜对光具有发散作用，像距将会变大，像也变大。让学生继续探究，如果在烛焰和凸透镜之间加上远视镜，或者说再加一个焦距小的凸透镜，像会如何变化，学生发现像距变小了，像也要变小。

让学生探究光屏上不成像的又一个原因，物体和像的距离太大，且大于光具座的长度。让学生通过探究发现，此时在光屏上无法成像。在开展“探究凸透镜成像规律”实验时，让学生探究近视眼的成因，思考如果用水和塑料袋做水凸透镜，向塑料袋内注入水时，像会怎么变化。学生会发现注入水后水凸透镜会变厚，此时凸透镜对光的折射作用变强，像将成在光屏之前，即远处的物体的像将成在视网膜之前。此时要使像成在光屏上，应当在烛焰和凸透镜之间加上一个焦距合适的凹透镜。

3   “探究凸透镜成像规律”教学总结的反思

凸透镜对光有匯聚作用，凸透镜对光的汇聚作用是光通过它的两侧表面时都发生折射时造成的。凸透镜的焦距长短反映了凸透镜本身对光的汇聚作用的强与弱，焦距短的凸透镜对光的汇聚作用强，同时凸透镜的凸起程度决定了它的焦距的长与短，凸透镜表面越凸，凸透镜的焦距就越短，凸透镜的汇聚能力就越强。教师教学时要让学生科学探究物理知识，找出适合学生记忆的有关凸透镜成像的规律，简单说：“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小。成实像时，物距增大，像距减小，像变小;物距减小时，像距增大，像也变大。成虚像时，物距增大，像距变大，像也变大。”

反思“探究凸透镜成像规律”教学中存在的问题以及在未来教学中需要注意的相关问题：①教师上课之前应要求学生有效开展本课的相关预习。唯有准备充足，才可以确保本堂课的顺利完成（如：了解探究的核心目的;u、f、v的具体概念;本次探究的核心环节等）。②探究实验之前，让学生先将透镜固定，然后记录透镜两侧的一倍、两倍焦距的位置，充分明确具体范围，那么在探究时物距范围就看蜡烛放在哪个范围，像距就看最后像最清晰时光屏所在的范围。③整个过程如果教师引导太多，那么留给学生自主探究思考的机会就不多，但让学生自己探究，他们又不能找到方向，所以教师就要选择一个合适的收放点[2]。教学过程中要第一时间引导以及启发学生开展探究活动。如光屏、凸透镜与蜡烛三者的中心在同一高度，教师要采取信息快递的方式给出学生操作要求，而不是让学生思考回答。第一组数据可以在教师的悉心指引下完成，第二组数据可以由小组合作完成，然后再引导学生探究像距和物距的变化规律。④凸透镜成像规律很抽像，不易直接获得，教师应尽量在学生分析实验数据和实验现象的前提下，将成像光路图结合起来，让学生更容易获得规律。⑤教学过程中要重视培养学生按照实验现象探究以及总结规律的能力，培养学生的整体能力，进一步传授学生物理问题的相关研究方法。

【参考文献】

[1]周秀玲.有限的课堂时间，无限的探究生机——关于《探究凸透镜成像规律》的课堂新尝试[J].湖南中学物理，2016（11）.

[2]刘炳昇.通过实验寻找规律的课堂教学设计——以“探究凸透镜成像规律”实验课为例[J].物理之友，2014（4）.