劉海濤

摘 要：科學(xué)探究是物理課程內(nèi)容之一，又是重要的學(xué)習(xí)方式.通過(guò)對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的研讀，給出了凸透鏡成像規(guī)律科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)活動(dòng)過(guò)程，體會(huì)真實(shí)性科學(xué)探究.

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究;初中物理;凸透鏡成像

文章編號(hào)：1008-4134（2020）06-0041 ? ?中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》明確指出，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的學(xué)習(xí)方式[1].實(shí)際教學(xué)中，教師囿于課堂時(shí)間、教學(xué)觀念等原因，往往對(duì)科學(xué)探究過(guò)程進(jìn)行程式化處理，學(xué)生機(jī)械地按照教師給出的步驟操作，較少有深度思維發(fā)生，其本質(zhì)依然是學(xué)生處于被動(dòng)接受的狀態(tài).因此，深刻理解和領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究本質(zhì)，讓科學(xué)探究真實(shí)發(fā)生，對(duì)于促進(jìn)課程改革、凸顯物理課程理念、發(fā)展核心素養(yǎng)等方面都有著十分重要的作用.下面以凸透鏡成像規(guī)律為例，談?wù)勅绾螌?shí)施真實(shí)的科學(xué)探究教學(xué).

1 教學(xué)過(guò)程

活動(dòng)一 觀察凸透鏡所成的像.

教師：同學(xué)們看，調(diào)節(jié)凸透鏡、白紙（光屏）到合適的位置時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)白紙上出現(xiàn)了教室對(duì)面圖書(shū)館的像.（活動(dòng)時(shí)拍攝的照片如圖1所示）

學(xué)生：哇，好神奇！

教師：要想在光屏上接到凸透鏡所成的像，是否需要什么條件呢？

活動(dòng)二 學(xué)生嘗試在光屏上找像.

教師：接下來(lái)，同學(xué)們自己動(dòng)手試一試，看能否找到凸透鏡所成的像.

（教師向?qū)W生出示光具座，用LED燈做成的字母“F”光源作為發(fā)光物體，如圖2所示.）

學(xué)生：自己摸索在光屏上找到物體的像.

教師：同學(xué)們都在光屏上找到了像，你們有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

學(xué)生1：光屏上的像有時(shí)比物體大，有時(shí)比物體小.

學(xué)生2：光屏上的像都是倒立的.

教師：你們發(fā)現(xiàn)什么情況能得到放大的像，什么情況下能得到縮小的像呢？

學(xué)生：物體離凸透鏡較近的時(shí)候，得到的像較大;物體離凸透鏡較遠(yuǎn)時(shí)，得到的像較小.

教師：由此可見(jiàn)，物體到凸透鏡的距離，可能會(huì)影響到成像的性質(zhì).我們把物體到凸透鏡的距離叫做物距.

教師：同學(xué)們?cè)谟霉馄寥コ薪酉駮r(shí)，光屏放的位置需要改變嗎？

學(xué)生：要改變，而且縮小像時(shí)，光屏要離凸透鏡近點(diǎn)，放大像時(shí)，光屏要離凸透鏡遠(yuǎn)點(diǎn).

教師：由此可見(jiàn)，在用光屏去承接像時(shí)，對(duì)光屏放的位置也是有一定要求的.接下來(lái)，我們就通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，要想在光屏上得到大小不同的像，物體和光屏究竟應(yīng)該放在什么位置（即物距、像距是多少）？有何規(guī)律？

活動(dòng)三 在光屏上找縮小的像，記錄物距和像距.

教師：同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上有兩種不同規(guī)格的凸透鏡，焦距分別是10cm和5cm，請(qǐng)同學(xué)們?nèi)我膺x擇一種或兩種進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在光屏上找到一個(gè)縮小的像，并記錄物距和像距填入表1中.為了能準(zhǔn)確找到成像的規(guī)律，要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn).

學(xué)生：動(dòng)手操作，尋找縮小的像.

教師：巡視，指導(dǎo)個(gè)別學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，請(qǐng)學(xué)生把有代表性數(shù)據(jù)填入表格.

活動(dòng)四 在光屏上找放大的像，記錄物距和像距.

學(xué)生：選擇不同焦距的凸透鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

教師：巡視，指導(dǎo)個(gè)別學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，請(qǐng)學(xué)生把有代表性數(shù)據(jù)填入表格.

活動(dòng)五 在光屏上能找到與物體等大的像嗎？

教師：老師剛才在巡視的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有的同學(xué)找到的像和物體相比，縮小或放大的不是很明顯，甚至看起來(lái)好像大小一樣.同學(xué)們覺(jué)得光屏上會(huì)不會(huì)有等大的像出現(xiàn)呢？

學(xué)生：有……

教師：僅用肉眼觀察能否判斷大小一樣？

學(xué)生：可以用尺子量一下字母“F”像與物的寬和高就知道了.

教師：回答得非常好！同學(xué)們?cè)囈辉?，看能否找到等大的像，如果能，記錄物距和像?

活動(dòng)六 數(shù)據(jù)分析.

教師：能在光屏上找到等大的像？

學(xué)生1：能，我們反復(fù)調(diào)節(jié)，只能得到一次等大的像，此時(shí)物距和像距幾乎相等，即 v=u=10cm.

學(xué)生2：我們也是只能找到一次等大的像，像距和物距相等，但是v=u=20cm.

教師：為什么不同組同學(xué)得到等大實(shí)像是在不同位置呢？請(qǐng)同學(xué)討論交流一下.

學(xué)生：我們用的是不同的凸透鏡.

教師：不同在什么地方？

學(xué)生：焦距不同，一個(gè)焦距是10cm，一個(gè)是5cm.

教師：看來(lái)不同的凸透鏡要得到等大的像，物距是不同的，那它們遵循什么共同規(guī)律嗎？

學(xué)生：不管是哪種凸透鏡，要得到等大的像，都必須要求物距u=2f.

教師：小組討論交流，分析表1和表2的數(shù)據(jù)，看光屏上得到縮小的像和放大的像時(shí)，遵循什么規(guī)律？

學(xué)生1：u>2f，光屏上可以得到縮小的像;2f>u>f，光屏上得到放大的像.

學(xué)生2：要想接到清晰的像，光屏放的位置也有規(guī)律.u>2f，光屏上得到縮小的像時(shí)，光屏到凸透鏡的距離（即像距）應(yīng)該滿足2f>v>f;2f>u>f，光屏上得到放大的像時(shí)，像距應(yīng)滿足v>2f.

學(xué)生3：物體離凸透鏡越遠(yuǎn)，光屏上像變得越小;物體離凸透鏡越近，光屏上像變得越大.

學(xué)生4：像能用光屏接收到，說(shuō)明是實(shí)像，且都是倒立的.

學(xué)生5：光屏上得到縮小實(shí)像時(shí)，vu.

學(xué)生6：像和物位于凸透鏡的異側(cè).

活動(dòng)七 找凸透鏡成正立、放大的虛像.

教師：剛才我們探究了物體通過(guò)凸透鏡可以在光屏上得到不同性質(zhì)的像，同學(xué)們看這種現(xiàn)象？你在生活中見(jiàn)過(guò)嗎？（如圖3所示）

學(xué)生：是放大鏡.

教師：同學(xué)們?cè)囈辉嚕矬w放在距離凸透鏡多遠(yuǎn)才能得到這種像？用光屏是否能接到像？記下物距的大小.（為了能看到各個(gè)位置放大像的全貌，此處可以用燭焰作為光源）

學(xué)生：動(dòng)手操作.

教師：請(qǐng)同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3），分析得到這種像的條件及像的特點(diǎn).

學(xué)生1：必須滿足物距u

學(xué)生2：像始終是正立放大的，且不能呈現(xiàn)在光屏上，是虛像.

學(xué)生3：物體距離凸透鏡越近，像放大的程度越小;離凸透鏡越遠(yuǎn)，像放大的程度越大.

學(xué)生4：從光屏一側(cè)通過(guò)凸透鏡才能看到像，說(shuō)明像和物在凸透鏡的同側(cè).

活動(dòng)八 實(shí)驗(yàn)評(píng)估.

教師：同學(xué)們探究過(guò)程中，有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題？或者探究方案有沒(méi)有不足之處呢？

學(xué)生1：利用光具座上刻度尺讀取物距和像距的時(shí)候，容易出錯(cuò).

學(xué)生2：判斷光屏上的像是放大還是縮小時(shí)，有時(shí)候看的不是很明顯，用尺子去量也不方便，可以把光屏直接做成帶有刻度的，像光具座那樣.

學(xué)生3：有時(shí)候成的像太大，超出了光屏的范圍，可以把光屏做大點(diǎn).

學(xué)生4：在看正立放大虛像時(shí)，把物體遠(yuǎn)到一定程度時(shí)，又看到了倒立的像.

教師：有同學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，像出現(xiàn)在了光屏偏上或偏下位置了，你們?nèi)绾谓鉀Q的？試一試.

學(xué)生5：可以通過(guò)調(diào)節(jié)光屏或凸透鏡的高度使像呈現(xiàn)在光屏中央.

……

2 教學(xué)反思

學(xué)生在生活中見(jiàn)過(guò)凸透鏡，但對(duì)于物體經(jīng)過(guò)凸透鏡能在光屏上成像還沒(méi)有感性認(rèn)識(shí).從學(xué)生觀察凸透鏡能在光屏上成像引入，能很大程度上激發(fā)學(xué)生興趣，引起探究欲望.

對(duì)生活中的物理現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)化，把發(fā)光體（物體）、凸透鏡、光屏放在光具座上，讓學(xué)生經(jīng)歷找像的過(guò)程.既能讓學(xué)生體驗(yàn)到對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化處理、建立模型的研究方法，又能讓學(xué)生體驗(yàn)找到像時(shí)帶來(lái)的成就感和愉悅的情感體驗(yàn)，為課堂學(xué)習(xí)注入積極的情感體驗(yàn)，提高課堂學(xué)習(xí)效率.還能讓學(xué)生在光屏上找像的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)光屏上既可以出現(xiàn)縮小的像，也可以出現(xiàn)放大的像，為探究的問(wèn)題做好鋪墊.同時(shí)，學(xué)生在找像的過(guò)程中，能感性認(rèn)識(shí)到物體到凸透鏡距離不同時(shí)，導(dǎo)致光屏上的像不同，為學(xué)生進(jìn)行合理的猜想與假設(shè)提供依據(jù).

分析數(shù)據(jù)時(shí)，讓學(xué)生從光屏上得到等大的像入手，結(jié)合不同凸透鏡，學(xué)生在不同數(shù)據(jù)中找到相同點(diǎn)，即物距等于兩倍焦距時(shí)，可以在光屏上得到等大的像.在此基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生分析光屏上得到縮小像和放大像時(shí)，物距需要滿足什么規(guī)律，降低了學(xué)生分析數(shù)據(jù)的認(rèn)知難度.最后再分析成正立、放大虛像時(shí)，學(xué)生得出結(jié)論也就水到渠成了.

從觀察現(xiàn)象形成探究問(wèn)題，到基于客觀事實(shí)的猜想，再到動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論，體現(xiàn)了知識(shí)的發(fā)展過(guò)程，符合學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程，也是科學(xué)探究的過(guò)程.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于科學(xué)探究能力的基本要求作了詳細(xì)描述，科學(xué)探究能力的基本要求指標(biāo)很多，一節(jié)科學(xué)探究課不可能也沒(méi)必要涉及所有能力的培養(yǎng).本節(jié)課著重在收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論兩方面加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng).

3 結(jié)語(yǔ)

物理教學(xué)中，要想讓科學(xué)探究真實(shí)發(fā)生，首先要求教師必須轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，不能只為知識(shí)而教，更應(yīng)該關(guān)注知識(shí)產(chǎn)生過(guò)程，關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究能力發(fā)展.在此基礎(chǔ)上，教師要認(rèn)真研讀教材和學(xué)生，了解知識(shí)發(fā)展的內(nèi)在邏輯關(guān)系，考慮學(xué)生認(rèn)知水平及認(rèn)知習(xí)慣，設(shè)計(jì)適合學(xué)生探究的課堂教學(xué)流程，才能讓學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)的探究過(guò)程，獲得核心素養(yǎng)全面發(fā)展.

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（收稿日期：2019-11-24）