摘要：初中物理在教師專業(yè)素養(yǎng)考察以及學(xué)生練習(xí)中，常會(huì)涉及到初、高中銜接題.如：相關(guān)高中物理知識(shí)點(diǎn)以文字表述形式進(jìn)行拓展出題，而更加深入的了解、學(xué)習(xí)、研究物理必然需要相匹配的數(shù)學(xué)能力.本文以凸透鏡成像為例，探討其理論推導(dǎo)過程、結(jié)果，給人意想不到的對(duì)稱美學(xué)結(jié)果，并深入思考，如何讓初中階段學(xué)生能夠接受此類問題.

關(guān)鍵詞：成像規(guī)律;理論推導(dǎo);軟件繪圖

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2022）11-0101-03

收稿日期：2022-01-15

作者簡(jiǎn)介：王語益（1994.2-），女，江蘇人，本科，中學(xué)二級(jí)教師，從事初中物理教學(xué)研究.

在初中物理中，凸透鏡成像問題內(nèi)容的探究應(yīng)用十分廣泛，并且凸透鏡成像問題的教學(xué)難度較高.在新課標(biāo)下，凸透鏡成像問題的理論推導(dǎo)過程與引導(dǎo)應(yīng)引起物理教師的關(guān)注.結(jié)合一道凸透鏡成像習(xí)題的思考，反思凸透鏡成像的規(guī)律與階梯法，并結(jié)合當(dāng)前凸透鏡成像教學(xué)中存在的不足和問題，找出正確的探究教學(xué)方法，提高凸透鏡成像教學(xué)的效果.

原題如圖1所示，凸透鏡豎直放置，凸透鏡焦距f，現(xiàn)有一點(diǎn)光源S在凸透鏡左側(cè)以凸透鏡兩倍焦距處為圓心，在經(jīng)過主光軸的豎直平面內(nèi)做順時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)，直徑為D，且f

筆者認(rèn)為該題相對(duì)來說超出了初中生的能力范疇，但也并非無從下手.該題從答案上看，并未考察學(xué)生對(duì)于所成的圖形的運(yùn)動(dòng)方向問題的掌握情況，而偏重于考察所成圖形的形狀問題.根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律，學(xué)生思考路徑大致分為兩種：一、物距在一倍焦距到兩倍焦距之間，像在兩倍焦距之外，成倒立放大的實(shí)像，物距在兩倍焦距之外，像在一倍焦距到兩倍焦距之間，成倒立縮小的實(shí)像，所成的像較之于物，縱向的放大與縮小，則選擇D;二、物體在一倍焦距到兩倍焦距之間，像在兩倍焦距之外，物距在主光軸上投影移動(dòng)的距離小于像在主光軸上投影移動(dòng)的距離，物體在兩倍焦距之外，像在一倍焦距到兩倍焦距之間，物距在主光軸上投影移動(dòng)的距離大于像在主光軸上投影移動(dòng)的距離，以2f處為界，所成的像較之于物橫向上的拉遠(yuǎn)與拉近，則選擇C;這兩種考慮方式都有各自的道理，但是都較為片面，將二者整合到一起思考，像在橫向與縱向都發(fā)生變化，故只能選擇B，B為此題正確答案.易錯(cuò)處還在于，初中學(xué)生的知識(shí)水平不能理解2f并非是像的最高點(diǎn)，若要證明還需運(yùn)用到高中學(xué)習(xí)的參數(shù)方程.

1 利用繪圖軟件，直觀解決物理問題

初中階段學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)由他們處于此年齡階段的學(xué)習(xí)、認(rèn)知特點(diǎn)所決定.在這個(gè)階段，他們往往需要感性的體驗(yàn)，從而幫助他們建立理性的認(rèn)知.“聽見”、“看見”、“做到”這樣的體驗(yàn)活動(dòng)搭建起通往“知道”、“了解”、“行動(dòng)”的階梯.

那么，這一類型問題推導(dǎo)證明過程對(duì)于初中生而言已然超出了他們的接受范圍.激發(fā)起他們解決問題的同時(shí)，如何給他們提供可實(shí)現(xiàn)的解決問題的辦法，也成為學(xué)生對(duì)于物理之美體驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，是激發(fā)學(xué)生對(duì)物理問題充滿興趣的關(guān)鍵.

我們可以將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與教學(xué)緊密聯(lián)系到一起，利用幾何畫板，即可讓他們形象直觀的觀察到各種各樣的形狀所成的像，以該題為例：

如圖2，從凸透鏡光線傳播特點(diǎn)入手，利用兩根特殊的光線：入射光線平行于主光軸，折射光線過焦點(diǎn);入射光線經(jīng)過光心，折射光線傳播方向不變.選取一系列特殊的點(diǎn)，把對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)找到，不用多加說明，學(xué)生會(huì)看到這樣一個(gè)神奇的現(xiàn)象——成的像是一個(gè)橢圓.反之，對(duì)該圖的繪制與理解都進(jìn)一步的促進(jìn)學(xué)生對(duì)特殊光線作圖、凸透鏡成像規(guī)律了解的更加全面、掌握的更加透徹.

2 凸透鏡成像教學(xué)經(jīng)驗(yàn)

通過對(duì)凸透鏡成像理論推導(dǎo)過程、結(jié)果的分析，可以看出無論采取哪種方式，都需要引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確的理解凸透鏡成像的原理，找到清晰的像，并能夠讀出正確凸透鏡成像問題中的物距和像距，從而總結(jié)出規(guī)律，進(jìn)而解決實(shí)際問題.下面解決教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)凸透鏡成像教學(xué)仍存在的問題進(jìn)行梳理.

一是確定像困難，究其原因是對(duì)凸透鏡成像的概念理解不透徹，知識(shí)點(diǎn)掌握不扎實(shí).凸透鏡成像是抽象與具體相結(jié)合的知識(shí)點(diǎn)，而找像困難并不是要求學(xué)生能夠在光屏上看到像，而是要如何確定清晰的像.根據(jù)教育學(xué)家閻金鐸教授的觀點(diǎn)，學(xué)生在運(yùn)用相關(guān)知識(shí)之前，必須要能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思維模式并能夠接受新的邏輯思維方式.即很多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)之前，頭腦中已存在著一定的原有認(rèn)識(shí)，這種原有認(rèn)知中一部分會(huì)影響學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解.例如，很多學(xué)生在解題過程中，并沒有對(duì)確定像的方法和過程形成清晰的思路，如有的學(xué)生簡(jiǎn)單的認(rèn)為物距在一倍焦距到兩倍焦距之間，像在兩倍焦距之外成倒立放大的實(shí)像，物距在兩倍焦距之外的像在一倍焦距到兩倍焦距之間，這種直觀的認(rèn)識(shí)并沒有經(jīng)過反復(fù)的比較與分析，并沒有對(duì)凸透鏡成像的原理形成清晰的認(rèn)識(shí)，這樣直接影響解題的準(zhǔn)確性.剖析學(xué)生確定像困難的原因，很大程度上是對(duì)凸透鏡成像的物距、像距等概念理解不透，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用過程中常常被題目設(shè)置的迷惑表象所困惑.例如在有關(guān)的實(shí)驗(yàn)類問題，如果簡(jiǎn)單的提出像距是什么，雖然學(xué)生可以機(jī)械的背誦像距的含義，但為什么會(huì)在解題中出現(xiàn)錯(cuò)誤，究其原因是對(duì)概念的理解不透徹.像距是光屏中心到凸透鏡中心的距離，而不是光屏到光具座零刻度的距離，如果學(xué)生仍然采用刻度尺測(cè)量長度的方法，則很容易就回答是光屏到光具座零刻線的距離，這顯然是物理教師應(yīng)當(dāng)正確引導(dǎo)的知識(shí).

二是凸透鏡成像理論推導(dǎo)的分析不足，評(píng)估意識(shí)不強(qiáng).學(xué)生剛接觸凸透鏡成像問題，面對(duì)數(shù)量如此多、種類如此雜的數(shù)據(jù)很容易會(huì)覺得思路不清晰，感覺摸不著頭腦.而在這種情況下，教師如何引導(dǎo)不知道凸透鏡成像特點(diǎn)，如何讓學(xué)生更準(zhǔn)確的掌握凸透鏡成像規(guī)律呢？分析與論證是物理學(xué)科探究學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，要求學(xué)生可以從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)規(guī)律的探究方法，并能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識(shí)歸類及比較，充分運(yùn)用到實(shí)際問題的解決之中.凸透鏡成像規(guī)律的知識(shí)是抽象而具體相結(jié)合的，這樣的知識(shí)特點(diǎn)是學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中沒有經(jīng)歷過，因而部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難快速總結(jié)出規(guī)律，顯然采取機(jī)械式的灌輸式的死記硬背法是無法取得良好的效果的.同時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性會(huì)被削弱，在解決實(shí)際問題過程中學(xué)生自己少了自主歸納的環(huán)節(jié)，而是被動(dòng)接受教師傳授的方法，這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)規(guī)律的過程中會(huì)不可避免地進(jìn)行機(jī)械記憶.這是因?yàn)榻處煂?duì)凸透鏡成像規(guī)律的認(rèn)識(shí)是多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累的，而學(xué)生是剛接觸凸透鏡成像規(guī)律的知識(shí)，需要教師更加細(xì)致深入的引導(dǎo)，如果缺乏啟發(fā)式教學(xué)，對(duì)凸透鏡成像理論推導(dǎo)引入不足，則無法幫助學(xué)生更好地理解凸透鏡成像的原理和掌握必要的解題方法.

針對(duì)以上問題，筆者提出幾點(diǎn)關(guān)于凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題課的建議，希望能對(duì)以后的教學(xué)有所助益.

一是注重設(shè)疑激趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性.在凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題課中教師機(jī)械的傳授解題技巧，而是應(yīng)牢記學(xué)生的主體地位，無論是在成像規(guī)律原理的解釋、實(shí)驗(yàn)演示還是在小組討論中，都應(yīng)該尊重學(xué)生的主體性，通過合理的設(shè)置問題，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.例如，關(guān)于凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題中如何確定像時(shí)，教師完全可以用實(shí)驗(yàn)的方式，通過實(shí)驗(yàn)的方法來演示如何找到清晰的像，這就需要教師實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備好實(shí)物投影或者是利用教學(xué)課件來進(jìn)行演示，這樣可以顯著提高學(xué)生對(duì)凸透鏡成像規(guī)律的直觀認(rèn)識(shí)，在開展習(xí)題教授時(shí)也能夠取得事半功倍的效果.此外，通過設(shè)疑激趣還能夠避免習(xí)題課的枯燥氛圍，防止學(xué)生出現(xiàn)注意力不集中的現(xiàn)象，活躍習(xí)題課的教學(xué)氛圍，對(duì)于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果而言是有積極作用的.

二是發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)資源的優(yōu)勢(shì)，充分利用多媒體教學(xué)設(shè)施.在凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題課的教學(xué)中，不僅要注重知識(shí)和方法的傳授，更要注重解決實(shí)際問題思路的拓展.現(xiàn)代教學(xué)資源和教學(xué)設(shè)備的引入，為習(xí)題課教學(xué)工作的開展提供更多的思路，如在分析凸透鏡成像規(guī)律特點(diǎn)的習(xí)題課中，教師可以利用信息處理數(shù)據(jù)功能，很快生成圖像，這樣不僅能夠直觀展現(xiàn)凸透鏡成像規(guī)律知識(shí)，還能夠大大提高了課堂效率，從凸透鏡成像原理源頭入手，提醒學(xué)生像距的含義和解題方法，讓學(xué)生準(zhǔn)確分析成像結(jié)果，這樣才能從根源解決實(shí)際問題.

如何使習(xí)題課形式更加豐富多彩也是我們一直在探索的一個(gè)方向.對(duì)于初中物理習(xí)題經(jīng)常會(huì)碰到一些邊緣化甚至是超出學(xué)生理論認(rèn)知范圍的，我們完全可以用實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行呈現(xiàn)、將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與教學(xué)緊密結(jié)合，先讓學(xué)生“看到”，構(gòu)建新的認(rèn)知，再加以簡(jiǎn)單的理論闡述，為他們搭建起認(rèn)知的階梯，對(duì)于初中生而言，會(huì)比一味的理論說理更加令他們信服和接受.甚至可以將此類問題解決的過程分割幾個(gè)問題板塊，作為學(xué)生課后綜合實(shí)踐內(nèi)容，嘗試自己用軟件制圖，教師課后進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)，課堂進(jìn)行成果匯報(bào).此類綜合實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)于核心素養(yǎng)的踐行，對(duì)于學(xué)生科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)與提升有著非凡的意義.

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