劉建娟

【摘 要】探究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)是初中學(xué)生遇到的第一個(gè)內(nèi)容繁多、關(guān)系復(fù)雜、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺?shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的器材、操作、規(guī)律、應(yīng)用均為中考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在一定的情景下，通過(guò)教師的優(yōu)化創(chuàng)設(shè)及同學(xué)間的互助協(xié)作進(jìn)行意義建構(gòu)，能有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的同化、順應(yīng)和遷移，有效提高學(xué)生的自主探究和總結(jié)歸納能力。

【關(guān)鍵詞】學(xué)習(xí)需求;一維空間;動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn);移動(dòng)速度對(duì)比;特殊位置;理論回歸;規(guī)律的顯化和內(nèi)化

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景，產(chǎn)生真實(shí)的學(xué)習(xí)需求——“成像”的引入

強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)需要強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景時(shí)，教師應(yīng)盡可能地創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活的情景。在真實(shí)的情景中激發(fā)學(xué)生的求知欲，對(duì)主題進(jìn)行意義建構(gòu)。

導(dǎo)入新課可從凸透鏡成像規(guī)律的應(yīng)用開(kāi)始，讓學(xué)生親身觀(guān)察影儀、照相機(jī)和放大鏡所成放大、縮小、正立、倒立的像，而這些像竟然都是凸透鏡所成，這無(wú)疑會(huì)大大激發(fā)學(xué)生的好奇心，急于明白成像與哪些因素有關(guān)。這時(shí)，學(xué)生會(huì)用凸透鏡對(duì)物體進(jìn)行有意觀(guān)察，看到各種類(lèi)型的像，由學(xué)生總結(jié)匯報(bào)“同一只凸透鏡在什么情況下成倒立的像，什么情況下成倒立的像”，得出：觀(guān)察到的像與物體和凸透鏡之間的距離有關(guān)。

二、工欲善其事，必先利其器——對(duì)“器材”的研究

建構(gòu)主義教學(xué)理論認(rèn)為，學(xué)生通過(guò)探索發(fā)現(xiàn)主動(dòng)建構(gòu)的知識(shí)體系比通過(guò)教師傳授所建立的知識(shí)體系更具有穩(wěn)定性和外延性。從日常觀(guān)察到有目的、有意識(shí)、系統(tǒng)性的研究，其關(guān)鍵是光屏和光具座的引入。

探究凸透鏡成像規(guī)律，我們?yōu)槭裁葱枰饩咦凸馄聊?？研究的需要決定器材的需要，光具座的引入可解決三個(gè)問(wèn)題：

1.將實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)操作限定于一維空間范圍，便于改變物體、透鏡和光屏的位置，降低實(shí)驗(yàn)難度。

2.方便準(zhǔn)確讀出物距和像距。傳統(tǒng)光具座將零刻度線(xiàn)定在光具座最左端，不便于直接讀出物距和像距，可用兩把刻度尺拼接成能移動(dòng)的“活尺”，“活尺”的零刻度線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)凸透鏡的基線(xiàn)，整個(gè)尺子可以隨凸透鏡移動(dòng)在光具座上滑動(dòng)。

3.在光具座一維限度上可方便標(biāo)記出一倍焦距、兩倍焦距等特殊位置。

光屏的引入也有兩個(gè)目的：一、準(zhǔn)確確定像的位置。眼睛直接看實(shí)像或者虛像時(shí)不能確定像的位置，借助光屏可確定像的準(zhǔn)確位置。二、確定像的大小。眼睛所看像的大小與眼睛與像的距離有關(guān)，不能準(zhǔn)確反映像的大小，也不能準(zhǔn)確比較像和物的大小關(guān)系。為了準(zhǔn)確比較，需用光屏準(zhǔn)確反映像的大小，為提高比較的準(zhǔn)確性，可在光屏上貼方格紙。? ? ? ? 實(shí)驗(yàn)中要比較像與物的大小關(guān)系、倒立關(guān)系和移動(dòng)速度關(guān)系，其中倒立關(guān)系又包括上下、左右、旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)物體的選擇，教師應(yīng)循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析和比較，不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì)。

燭焰的缺陷：燭焰為立體物體易晃動(dòng)，不能準(zhǔn)確測(cè)定物距。燭焰的大小不穩(wěn)定，不便于準(zhǔn)確比較像與物的大小，也不能完成像和物之間的旋轉(zhuǎn)研究。蠟燭在燃燒過(guò)程中會(huì)變短，燭焰中心、凸透鏡中心和光屏中心的共軸性發(fā)生變化，故實(shí)驗(yàn)中不宜選用蠟燭。

目前教學(xué)中一般采用由發(fā)光二極管組成的字母“F”，但它只能完成像與物的上下、左右的靜態(tài)對(duì)比，無(wú)法完成像與物的動(dòng)態(tài)研究。

建議采用裝有驅(qū)動(dòng)軟件的LED電子顯示屏作為發(fā)光體，顯示屏上的文字顯示既可設(shè)為靜態(tài)，也可從左至右、從右至左，從上至下、從下至上，順、逆時(shí)針的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)。顯示屏的發(fā)光體所成的像更清晰、穩(wěn)定，便于準(zhǔn)確比較像與物的大小關(guān)系，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，有利于學(xué)生順利的歸納凸透鏡成像規(guī)律。電子顯示屏可設(shè)定的文字移動(dòng)速度，與像的移動(dòng)速度做對(duì)比，可加深對(duì)凸透鏡成像規(guī)律的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)中器材的選擇、實(shí)驗(yàn)對(duì)象的不斷優(yōu)化，應(yīng)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)、。教師應(yīng)作為探究過(guò)程的引導(dǎo)者和啟發(fā)者，學(xué)生對(duì)知識(shí)主動(dòng)的構(gòu)建，才是真正有效的構(gòu)建，才能促進(jìn)知識(shí)的有效內(nèi)化。

三、理論和實(shí)驗(yàn)并行，由顯化至內(nèi)化——“成像規(guī)律”的教學(xué)

學(xué)生一般難以順利歸納出成像規(guī)律，只能死記硬背、生搬硬套，原因主要是：規(guī)律中概念多、變量多、實(shí)驗(yàn)操作難度大、初中生對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理能力弱。通過(guò)多年的摸索，對(duì)數(shù)據(jù)處理和總結(jié)規(guī)律，本人提出了如下建議：

1.重視特殊位置的研究。在凸透鏡成像規(guī)律中一倍焦距、二倍焦距是重要的分界點(diǎn)。學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到兩個(gè)特殊位置的分界作用，才可能順利歸納出成像規(guī)律。如何讓學(xué)生主動(dòng)意識(shí)到兩個(gè)位置的特殊性呢？對(duì)于不善邏輯思維和抽象思維的初中生而言，應(yīng)采用具體直觀(guān)的教學(xué)方法。具體方法如下：

在“活尺”的下半部分貼上白紙條，將成縮小實(shí)像時(shí)物體和像的位置用紅色水筆記錄在紙條上，依次標(biāo)記為“A”“a'”“B”“b'”“C”“c'”……將成放大實(shí)像時(shí)物體和像的位置用藍(lán)色水筆記錄在紙條上，依次標(biāo)記為“D”“d'”“E”“e'”“F”“f'”……這樣可將多次成像的位置做對(duì)比，學(xué)生會(huì)意識(shí)到凸透鏡成像時(shí)，物體和像的位置存在區(qū)域界限的劃分，并且一倍焦距、二倍焦距是劃分點(diǎn)。

2.重視理論推理——對(duì)特殊成像的研究。在實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生一般不會(huì)注意等大的實(shí)像。對(duì)倒立等大實(shí)像的教學(xué)，可采用先理論推導(dǎo)后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法。

實(shí)驗(yàn)中當(dāng)物體從兩倍焦距以外的向兩倍焦距移動(dòng)時(shí)，像是連續(xù)縮小的，物體在兩倍焦距和一倍焦距之間移動(dòng)時(shí)，像連續(xù)放大。像的大小不會(huì)突變，而是連續(xù)變化。引導(dǎo)學(xué)生猜想：有沒(méi)有等大的像？學(xué)生的猜想通常是肯定的，追問(wèn)：物體在什么位置成等大的像？由于之前特殊位置的鋪墊，學(xué)生容易猜出在二倍焦距處。

當(dāng)物體在二倍焦距處時(shí)，在異側(cè)二倍焦距附近都可呈現(xiàn)比較清晰的像，實(shí)驗(yàn)誤差較大。這些誤差對(duì)學(xué)生順利歸納規(guī)律造成了很大干擾，教師應(yīng)通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。

教師的教學(xué)過(guò)程中傳授的不僅是知識(shí)，更要傳授理探究問(wèn)題的思路和方法，讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的形成過(guò)程，使教學(xué)順序與知識(shí)序和學(xué)生的認(rèn)知順序相吻合。

3.規(guī)律內(nèi)化的有效方法——直觀(guān)化、形象化過(guò)程。

初中生難以掌握凸透鏡成像規(guī)律的另一個(gè)重要原因是規(guī)律的呈現(xiàn)方式，一般的呈現(xiàn)方式是：

教學(xué)實(shí)踐表明：初中生并不擅長(zhǎng)記憶復(fù)雜的表格，將規(guī)律以表格形式呈現(xiàn)，不僅會(huì)增加學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)，而且使他們對(duì)規(guī)律產(chǎn)生畏懼感。

美國(guó)學(xué)者哈拉里這樣強(qiáng)調(diào)形象的重要性，他說(shuō)：“千言萬(wàn)語(yǔ)不及一張圖?！庇洃浶蜗蟮奈矬w比記憶抽象的名詞概念效果要好，而且形象越生動(dòng)，記憶效果越好。為了降低學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，有效促進(jìn)凸透鏡成像規(guī)律的內(nèi)化，教師應(yīng)盡量采用直觀(guān)形象的方式，使抽象的規(guī)律形象化起來(lái)，使枯燥、困難的記憶過(guò)程變得簡(jiǎn)單有趣起來(lái)。

那么如何將抽象的規(guī)律形象化呢？我的辦法是為“看一看”與“做一做”兩種方法。所謂“看一看”是指用Flash軟件將抽象的成像規(guī)律制作成形象生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)，然后為學(xué)生多次播放，給學(xué)生留下生動(dòng)、完整的畫(huà)面。

所謂“做一做”是指教師可布置學(xué)生家庭實(shí)驗(yàn)作業(yè)，讓學(xué)生利用生活中橡皮泥、火柴、吸管、塑料、泡沫等物品，動(dòng)手制作光具座、物體和各種類(lèi)型的像。在光具座上移動(dòng)物體，在另一側(cè)的相應(yīng)區(qū)間內(nèi)移動(dòng)像并改變像的大小。實(shí)踐表明，兩種方法可有效加深學(xué)生對(duì)成像規(guī)律的理解和記憶，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增加學(xué)習(xí)的趣味性。

通過(guò)觀(guān)察、猜想、設(shè)計(jì)、分析、綜合、歸納，發(fā)現(xiàn)有關(guān)物理量之間的必然關(guān)系，讓學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)、完整的探究過(guò)程。在有效的構(gòu)建中，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化，從而真正地掌握規(guī)律。在獲得知識(shí)的同時(shí)，使學(xué)生逐漸掌握物理研究問(wèn)題的方法，保護(hù)并調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)興趣，使之獲得成功感和愉悅的心理體驗(yàn)。