例谈凸透镜成像规律的探究教学，本文主要内容关键词为：凸透镜论文,规律论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人民教育出版社出版的义务教育教科书《物理》（2012年5月第1版）第五章《透镜及其应用》第三节“凸透镜成像的规律”大致是这样编写的：先通过照相机、投影仪、放大镜成像情况引导学生思考、提出问题并作出猜想：凸透镜成像的性质可能与物距有关；在“设计实验”环节，课文中有这样一段文字，“比如，我们可以注意观察物距等于、大于或小于一倍焦距、二倍焦距……时，物体成像的情况”，提醒学生可以按照编者的提示进行实验；在“进行实验与收集证据”环节，课文提供了如下实验数据记录表格；最后分析实验数据得出结论。
事实上，绝大多数老师都是按照教材编写来实施课堂教学。诚然，按照这种方式进行教学，也可以得到凸透镜成像规律，一定程度上也可以提高学生的科学探究能力，但至少存在以下不足：
一是探究活动的设计与学生的认知水平不相符。在提出“凸透镜成像的性质可能与物距有关”的猜想之后，学生压根不会想到将物距按照与一倍焦距、二倍焦距的关系划成几个区域范围进行探究，尽管课文作了提示，但是学生还是不会明白为什么要这样做。
二是有学生“戴着镣铐跳舞”之嫌。因在“设计实验”环节中已有所提示，学生在“进行实验与收集证据”时，就会按照课文（老师）的提示分别观察物距在大于二倍焦距、等于二倍焦距、小于二倍焦距且大于一倍焦距、等于一倍焦距、小于一倍焦距的时候凸透镜成像的性质。很显然，学生还是被课文（教师）牵着鼻子走，还是“戴着镣铐跳舞”。在这个过程中，学生只是观察者、记录者，而不是探究者、发现者，也就是说学生只是“观察记录”了、而不是“探究发现”了凸透镜成像的规律。
三是一切探究活动均是在教师的计划之中，探究结果也在教师的意料之中，探究活动缺乏生成，难以深入，学生缺乏发现学习的快乐！
笔者在认真研究学生认知水平的基础上，运用发现原则，创新教材处理，充分利用多媒体技术实施本节教学，收到了非常好的效果。
上课一开始，通过照相机、投影仪、放大镜成像情况等生活实例，引导学生提出问题并猜想“凸透镜成像的性质可能与物距有关”；而在“设计实验”环节，重在引导学生如何移动光屏找到像，而不是告诉学生蜡烛应放在哪几个位置；在随后的“进行实验与收集证据”过程中，放手让学生将蜡烛任意放在距凸透镜不同的位置，观察所成的像，并记录下蜡烛在不同的位置时物距、像的性质、像距、物高和像高。
实验改进说明：（1）建议用两到三个不同焦距的凸透镜做实验；（2）用镂空有“1”字的金属平板和平行光源代替蜡烛；（3）为了量化像的大小，光屏成像的一面贴上方格坐标纸以方便记录像高，用像高来代表像的大小；（4）实验数据记录表格修改如下。
实验结束后，各小组汇报实验结果，教师利用多媒体，在excel（电子表格）上编辑记录全班学生的实验结果并投影在屏幕上，再按焦距（主要关键词）和成像的性质（次要关键词）排序，学生即会发现：不论焦距多少，凸透镜都能成倒立缩小的实像和倒立放大的实像。师追问：“凸透镜成倒立缩小的实像和倒立放大的实像时，物距有什么规律呢？”然后引导学生对所测得的物距与一倍焦距、二倍焦距的关系进行分析，学生发现：不论焦距多少，凸透镜成倒立缩小实像时，物距都大于二倍焦距；成倒立放大实像时，物距都大于一倍焦距而小于二倍焦距。说明：在实际教学过程中，由于认知水平有限、实验的“无意识性”，学生是观察不到虚像的，也几乎不可能观察到倒立等大的实像。
至此，学生在教师的引导下发现了凸透镜成缩小实像和放大实像的规律，初步品尝到了发现学习的快乐！
在学生享受发现学习的快乐时，教师不失时机地提醒学生再一次注意观察屏幕上实验结果，“你还有什么发现？”，进一步激发、引导学生发现、提出、探究以下问题：
问题一：通过上面的实验发现了凸透镜能成倒立缩小的实像和倒立放大的实像，那么凸透镜能否成倒立等大的实像呢？
教师：“如果能成倒立等大的实像，物距可能在什么范围呢？”引导学生进一步分析、讨论、猜想：物距可能在二倍焦距处。
学生探究：将蜡烛放在距凸透镜二倍焦距时，观察成像的性质，并记录实验结果。分析实验结果，看物距等于二倍焦距时，是否成倒立等大的实像。
问题二：上面的实验中凸透镜成的像都是实像，那么凸透镜能否成虚像呢？
教师：“如果能成虚像，物距可能在什么范围呢？”引导学生再次分析、讨论、猜想：物距可能在一倍焦距处或小于一倍焦距。
学生探究：将蜡烛分别放在距凸透镜一倍焦距、小于一倍焦距处，观察是否成像、成像的性质，并记录实验结果。最后分析实验结果，看蜡烛在一倍焦距和物距小于一倍焦距时，能不能成像，能不能成虚像、虚像有什么性质。说明：在此过程中教师要加强对如何观察虚像的实验指导。
至此，学生再一次体会到了发现学习、探究学习的快乐！学生观察能力，发现问题、提出问题、解决问题的能力也得到了进一步的提高！
笔者以为，运用发现原则实施本节教学，凸现了如下优点：
一是学生由“戴着镣铐跳舞”走向“自由舞”。探究活动的设计符合学生的认知水平，学生在自由的、无意识的探究活动中，通过对实验结果的分析发现了凸透镜成像的规律，学生的主动性、创造性、个性得以发挥。
二是探究过程由“观察记录”走向“探究发现”。在充分了解学生认知水平的基础上，原来由学生按照实验数据记录表格的要求“观察记录”凸透镜成像的性质，转向现在由学生从大量实验数据中“探索发现”了凸透镜成像的规律，真正体现了“科学探究的过程就是学生从无知走向已知的过程”。
三是课堂教学由“预设”走向“生成”。发现提出问题（发现并提出凸透镜成像的性质可能与物距有关），分析解决问题（凸透镜成像的性质与物距有关，物距大于二倍焦距时，凸透镜能成倒立缩小的实像；物距大于一倍焦距小于二倍焦距时能成倒立放大的实像），在分析解决问题中发现并提出新的问题（凸透镜能否成倒立等大的实像？能否成虚像呢？），再分析解决新的问题……探究活动得以不断的生成，课堂成了一种动态的、生长性的“生态环境”。探究活动因问题的不断滋生而得以不断地生长、深入和升华，学生的科学探究能力因而得以不断地锻炼、磨炼和提升！
四是探究结果由“偶然”走向“必然”。全班不同小组的实验数据汇集在一起，不同物距、不同焦距的实验数据汇集在一起，分析得到的结论比起各小组由几次数据分析得到的结论更具普遍性、可靠性和科学性。
五是探究结果由“定性”走向“定量”。其一，用原方法实验时，当物距在二倍焦距附近，蜡烛通过凸透镜所成的像究竟是放大的，还是缩小的，不太好判断，尤其蜡烛在距凸透镜二倍焦距成等大的实像时更不好判断。改用镂空有“1”字的金属平板和平行光源代替蜡烛，并在光屏成像的一面贴上方格坐标纸记录像高，就能将物体和像的大小量化。物、像大小量化后，关于像究竟是放大、等大、还是缩小，通过实验数据就一目了然了。其二，物、像大小量化后，更便于学生发现、理解凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小；物距减小，像距增大，像变大。
六是数据处理由“传统”走向“现代”。多媒体技术的运用，大大提高了课堂教学效率，也增强了学生运用多媒体技术开展科学探究的意识，为本节发现教学增色不少！在分析论证环节中，通过对焦距和成像性质的排序，第一，便于学生发现凸透镜成倒立缩小实像、倒立放大实像及与物距关系的基本规律；第二，便于学生在实验的基础上发现并提出问题：凸透镜能否成等大的实像、能否成虚像呢？从而有利于将探究活动引向深入。第三，将实验结果按物距排序，学生在观察物距、像距、像高变化后很容易获得新的发现：凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小；物距减小，像距增大，像变大。
七是学生对科学探究由“经历”走向“享受”。通过本节课的学习，学生受到了情感态度价值观的良好教育。学生体会到了探究的快乐、品尝到了学习的乐趣，找到了自己是“发现者”、是“科学家”的心理愉悦感和成就感，在享受科学探究过程的同时，学生对科学的热爱自然更厚几分。同时，也使学生认识到，科学并不神秘，它往往蕴藏在一些无意识的探究活动中。而这些对学生的终身发展都将会产生积极、深远的影响。
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