一、教材分析

本節(jié)課以人教版物理八年級(jí)上冊(cè)第五章第5節(jié)“跨學(xué)科實(shí)踐：制作望遠(yuǎn)鏡”為例，是透鏡知識(shí)及其應(yīng)用的綜合實(shí)踐，旨在通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)加深學(xué)生對(duì)透鏡成像原理的理解，培養(yǎng)其動(dòng)手能力與跨學(xué)科整合能力。通過(guò)望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，學(xué)生將綜合應(yīng)用所學(xué)的物理學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，提升個(gè)人的科學(xué)素養(yǎng)。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.理解凸透鏡和凹透鏡的成像原理，掌握望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，增強(qiáng)對(duì)物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)與解釋能力。

2.通過(guò)觀察、比較和分析不同透鏡組合下的成像效果，培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、分析能力，引導(dǎo)學(xué)生利用邏輯思維設(shè)計(jì)并優(yōu)化望遠(yuǎn)鏡制作方案。

3.體驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡制作過(guò)程，經(jīng)歷“提出問(wèn)題—猜想假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)—收集證據(jù)—解釋結(jié)論”等過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究精神與動(dòng)手實(shí)踐能力。

4.激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣，培養(yǎng)其科學(xué)探究精神，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物理知識(shí)在日常生活中的價(jià)值，增強(qiáng)個(gè)人社會(huì)責(zé)任感。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：理解凸透鏡與凹透鏡成像原理，掌握望遠(yuǎn)鏡的基本構(gòu)造以及工作原理。

教學(xué)難點(diǎn)：觀察、比較、分析不同透鏡組合下的成像效果，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力，引導(dǎo)學(xué)生利用邏輯思維設(shè)計(jì)并優(yōu)化望遠(yuǎn)鏡的制作方案。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）導(dǎo)入環(huán)節(jié)：故事激趣，引發(fā)思考

1.激發(fā)興趣

教師：同學(xué)們，在1608年的某天，兩個(gè)小朋友在眼鏡店門口擺弄著幾片透鏡，好奇心讓他們將透鏡對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)處的教堂風(fēng)標(biāo)，兩人興高采烈。這時(shí)，眼鏡師拿起兩片透鏡一看，發(fā)現(xiàn)風(fēng)向標(biāo)成倍放大了。他跑回商店，將兩片透鏡裝在一個(gè)筒子里，通過(guò)不斷試驗(yàn)、改進(jìn)，最終發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，并申請(qǐng)專利，后又制造出雙筒望遠(yuǎn)鏡。就這樣，荷蘭米德?tīng)柋ぱ坨R師漢斯·李波爾發(fā)明了世界上第一架望遠(yuǎn)鏡，開啟了人類探索宇宙的征程。

2.啟發(fā)思考

教師：其實(shí)，我們生活中很多科學(xué)發(fā)明往往源于自身的好奇心，那么這個(gè)故事對(duì)大家又有怎么樣的啟發(fā)呢？

學(xué)生1：我覺(jué)得我們要珍惜自己的好奇心，敢于嘗試新的事物，我們永遠(yuǎn)也不知道小小的嘗試可以帶來(lái)怎樣的改變。

學(xué)生2：我同意，我們要勇于實(shí)踐，大膽嘗試，在嘗試與錯(cuò)誤中不斷地完善，最終達(dá)到想要的成果。

3.導(dǎo)入主題

教師（小結(jié)）：對(duì)呀，科學(xué)知識(shí)其實(shí)就在我們身邊，可能就在我們的日常生活中，等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。今天，我們一同爭(zhēng)當(dāng)小發(fā)明家，用透鏡組合探索望遠(yuǎn)鏡的制作方法。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)講述李波爾發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的小故事，激發(fā)學(xué)生對(duì)望遠(yuǎn)鏡及其制作原理的好奇心，讓學(xué)生從故事情境中產(chǎn)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)望遠(yuǎn)鏡制作做鋪墊。）

（二）探究望遠(yuǎn)鏡的成像原理

1.回顧知識(shí)

教師：我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了凸透鏡與凹透鏡成像原理，現(xiàn)在請(qǐng)大家動(dòng)動(dòng)腦筋，想一下如何將這兩種透鏡組合起來(lái)，做出望遠(yuǎn)鏡呢？接下來(lái)，我們要一同探索望遠(yuǎn)鏡成像原理，現(xiàn)在我們先回顧一下凸透鏡與凹透鏡成像特點(diǎn)。

學(xué)生1：凸透鏡對(duì)物體有匯聚作用，當(dāng)物體位于凸透鏡焦點(diǎn)外，凸透鏡會(huì)形成倒立的實(shí)像，反之凸透鏡會(huì)形成虛像。

學(xué)生2：凹透鏡對(duì)光線有發(fā)散作用，形成的像是虛像，無(wú)論物體位于凹透鏡哪一側(cè)，凹透鏡都會(huì)形成正立的虛像。

學(xué)生3：凹透鏡聚焦越短，其發(fā)散光線的能力就越強(qiáng)，相應(yīng)的成像放大倍數(shù)也就越大；凸透鏡則是聚焦越短，其匯聚光線的能力也就越強(qiáng)，成像放大的倍數(shù)也就越大。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)答的方式讓學(xué)生回顧凸透鏡與凹透鏡的成像特點(diǎn)，鞏固已有的知識(shí)，為后續(xù)組合透鏡實(shí)驗(yàn)開展做鋪墊。）

2.實(shí)驗(yàn)探究

教師：大家對(duì)凸透鏡與凹透鏡成像特點(diǎn)掌握得很牢固，非常好。接下來(lái)，老師給每個(gè)學(xué)習(xí)小組發(fā)放四塊透鏡，分別是直徑5厘米和3厘米的凸透鏡和兩塊直徑為3厘米的凹透鏡。請(qǐng)同學(xué)們動(dòng)手嘗試，思考：如何將透鏡組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)的效果呢？現(xiàn)在以小組為單位展開探究。

小組代表1：我們將直徑為5厘米的凸透鏡放在前面，直徑為3厘米的凸透鏡放在后面，可以產(chǎn)生望遠(yuǎn)的效果，但是需要注意，一定要將大的凸透鏡放在前面。

小組代表2：我們嘗試將直徑5厘米的凸透鏡放在前面，后面放一塊凹透鏡，這樣的組合形式同樣可以產(chǎn)生望遠(yuǎn)的效果。

（設(shè)計(jì)意圖：發(fā)放不同直徑的凸透鏡與凹透鏡，讓學(xué)生開展分組實(shí)驗(yàn)，探究不同透鏡組合產(chǎn)生的望遠(yuǎn)效果，以實(shí)驗(yàn)的形式體驗(yàn)、探究和理解望遠(yuǎn)鏡的成像原理。）

教師：很好，這兩種組合方式的確可以呈現(xiàn)望遠(yuǎn)的效果，那么在這兩種情況下，分別呈現(xiàn)出什么樣的像呢？

小組1：在第一種組合方式下，我們得到了倒立的像。

小組2：在第二種方案中，我們得到的是正立的像。

教師：同學(xué)們觀察得非常仔細(xì)。剛才大家發(fā)現(xiàn)的組合方式實(shí)際上對(duì)應(yīng)著不同的望遠(yuǎn)鏡原理。第一種由兩個(gè)凸透鏡組成的組合，實(shí)際上體現(xiàn)了開普勒式望遠(yuǎn)鏡的原理；第二種前面是凸透鏡而后面是凹透鏡的組合方式，則是伽利略望遠(yuǎn)鏡的原理。

（展示兩種望遠(yuǎn)鏡的對(duì)比，見(jiàn)表1）

教師：在之前的課程中，我們學(xué)習(xí)了凸透鏡、凹透鏡的光路繪制方法，在凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中理解了焦距的概念，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)探究，繪制出所選的有望遠(yuǎn)效果鏡片的成像光路圖，并進(jìn)行展示。

小組1：我們組先用第一種方法，使用兩個(gè)凸透鏡，光線從遠(yuǎn)處的物體發(fā)出后，經(jīng)過(guò)物鏡折射，形成一個(gè)倒立、縮小的實(shí)像，實(shí)像在物鏡的后方，距離目鏡較近，后實(shí)像再通過(guò)目鏡放大，形成一個(gè)正立、放大的虛像，由此我們就可以看到遠(yuǎn)處的物體了。

小組2：我們小組認(rèn)為望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)與物鏡和目鏡的焦距有關(guān)系，結(jié)合我們之前所學(xué)習(xí)的凸透鏡成像原理，物鏡焦距越長(zhǎng)，形成的實(shí)像就越大；目鏡焦距越短，對(duì)實(shí)像的放大作用就越強(qiáng)，為此物鏡的焦距越長(zhǎng)，目鏡的焦距就越短，因此望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)就越大。

教師：大家都表現(xiàn)得非常好，不僅繪制出了光路圖，還清晰地解釋了望遠(yuǎn)鏡的成像原理以及放大倍數(shù)的影響因素。的確，望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)與物鏡、目鏡焦距有關(guān)，物鏡焦距越長(zhǎng)，形成的實(shí)像也就越大，但在視場(chǎng)范圍會(huì)相應(yīng)地縮小，目鏡的焦距越短，對(duì)實(shí)像的放大作用也就越強(qiáng)，故在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體觀測(cè)需求選擇合適的物鏡與目鏡焦距進(jìn)行組合。

（設(shè)計(jì)意圖：組織學(xué)生觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，繪制光路圖，理解望遠(yuǎn)鏡的成像原理，以及放大倍數(shù)的影響因素，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力以及問(wèn)題解決能力。）

（接著）教師：除了剛才我們分析過(guò)的望遠(yuǎn)鏡類型，還有牛頓反射望遠(yuǎn)鏡以及折反射望遠(yuǎn)鏡等，每種望遠(yuǎn)鏡都有其特點(diǎn)，適用于不同的觀測(cè)場(chǎng)景?，F(xiàn)在，我們同樣以小組合作的形式，選擇自己感興趣的一種望遠(yuǎn)鏡對(duì)其進(jìn)行觀察，然后完成一份關(guān)于此望遠(yuǎn)鏡成像原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場(chǎng)景的分析報(bào)告。

（三）望遠(yuǎn)鏡類型分享與討論

教師：同學(xué)們，在之前我們已經(jīng)討論了望遠(yuǎn)鏡的基本成像原理以及影響放大倍數(shù)的重要因素?，F(xiàn)在，請(qǐng)各小組派代表展示大家的研究成果。

小組1：我們小組選擇的是折射式望遠(yuǎn)鏡。其成像原理主要是通過(guò)透鏡系統(tǒng)進(jìn)行聚焦，以放大遠(yuǎn)處物體的光線。此類望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)與功能簡(jiǎn)單，適合初學(xué)者使用，且在觀測(cè)地面景物時(shí)能夠提供清晰的圖像。然而，這類望遠(yuǎn)鏡也存在局限性，如對(duì)于某些波長(zhǎng)的光會(huì)出現(xiàn)色差。

小組2：我們小組選擇反射式望遠(yuǎn)鏡，其中最經(jīng)典的是牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡，利用凹面反射光線形成圖像，其優(yōu)勢(shì)在于可以有效收集更暗弱的光線，適合深空探測(cè)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要定期維護(hù)，如調(diào)整光軸。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，反射式望遠(yuǎn)鏡更符合有一定天文基礎(chǔ)的人。

小組3：我們分析了反射式望遠(yuǎn)鏡（卡塞格林設(shè)計(jì)）。這種望遠(yuǎn)鏡結(jié)合了折射與反射兩種原理，既能避免色彩問(wèn)題，又能保證較大的口徑與長(zhǎng)焦距，適用于行星的觀測(cè)與攝影工作。

（設(shè)計(jì)意圖：以小組報(bào)告的形式，讓學(xué)生分享對(duì)折射式、反射式等不同類型的望遠(yuǎn)鏡的研究成果，加深對(duì)望遠(yuǎn)鏡成像原理以及其特點(diǎn)的理解。）

（四）設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡制作方案

教師：很好，通過(guò)之前的討論與實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)了解了望遠(yuǎn)鏡的成像原理以及不同透鏡組合的特點(diǎn)，現(xiàn)在我們需要將其轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，制作屬于我們自己的望遠(yuǎn)鏡。在正式設(shè)計(jì)前，大家需要仔細(xì)想一下透鏡的選擇、鏡筒的長(zhǎng)度以及組裝方式，保障望遠(yuǎn)鏡可以達(dá)到我們預(yù)期的成像效果。

（學(xué)生分組展開討論，教師巡視指導(dǎo)，觀察各小組討論情況，并給予適當(dāng)?shù)慕ㄗh）

教師：好的，時(shí)間差不多了，請(qǐng)各小組選派一名代表上臺(tái)分享你們的制作方案。

小組1：我們小組最終決定采用開普勒望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)方案，將直徑5厘米的凸透鏡作為物鏡，焦距為30厘米，直徑為3厘米的凸透鏡作為目鏡，焦距為3厘米，這樣可以得到一個(gè)放大倍數(shù)約6倍的望遠(yuǎn)鏡。鏡筒的長(zhǎng)度是35厘米，預(yù)計(jì)在后期的組裝中，我們會(huì)將物鏡固定在鏡筒一端，目鏡則安裝在另外一端，通過(guò)調(diào)節(jié)兩者的距離實(shí)現(xiàn)成像效果的優(yōu)化。

教師：第一組同學(xué)給我們做了很好的示范，他們選擇的是開普勒望遠(yuǎn)鏡，同時(shí)考慮到鏡筒長(zhǎng)度，這種設(shè)計(jì)方式可以形成倒立放大的虛像，非常適合天文觀測(cè)。那其他小組同學(xué)還有什么想法呢？

小組2：我們同樣選擇了開普勒望遠(yuǎn)鏡，但與小組1的設(shè)計(jì)有所不同。我們選擇的物鏡是直徑為5厘米、焦距為30厘米的凸透鏡，而目鏡則是直徑為3厘米、焦距為7.5厘米的凹透鏡。將這兩者進(jìn)行搭配組合，可以實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)效果。將凹透鏡作為目鏡后，最終的成像更加清晰，有效減輕了眼睛的疲勞感。在鏡筒長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)上，我們考慮了物鏡焦距與目鏡焦距的一半之差，并預(yù)留了組裝時(shí)的微調(diào)空間，最終確定鏡筒長(zhǎng)度為26.25厘米。

教師：第二小組的設(shè)計(jì)方案非常有創(chuàng)意，選擇了凸透鏡與凹透鏡相組合的方式，這種方式在具體應(yīng)用中較為常見(jiàn)，可以產(chǎn)生倒立放大的實(shí)像，再經(jīng)過(guò)目鏡放大成為正立的虛像，同時(shí)小組內(nèi)的學(xué)生考慮到了鏡筒的長(zhǎng)度以及安裝時(shí)的需求。還有其他小組想要分享嗎？

小組3：我們小組決定制作伽利略望遠(yuǎn)鏡。我們選擇的物鏡是直徑為5厘米、焦距為30厘米的凸透鏡，目鏡則是直徑為3厘米、焦距為7.5厘米的凹透鏡。考慮到目鏡為凹透鏡，可以成正立的像且適合地面觀測(cè)，我們?cè)阽R筒長(zhǎng)度的選擇上采用了物鏡焦距加上目鏡焦距一半的方法，并預(yù)留了一定的調(diào)節(jié)空間，最終確定為33.75厘米。在后續(xù)的組裝過(guò)程中，我們會(huì)注意調(diào)整物鏡與目鏡的間距，以保障成像的清晰度。

教師：第三小組的設(shè)計(jì)方案也非常精彩，他們選擇的是伽利略望遠(yuǎn)鏡，并結(jié)合其特點(diǎn)，給出了符合要求的鏡筒長(zhǎng)度。

教師：很好，我們現(xiàn)在已經(jīng)有了具體的設(shè)計(jì)方案，接下來(lái)就讓我們動(dòng)手制作望遠(yuǎn)鏡吧！在制作中大家要注意安全，避免燙傷，同時(shí)透鏡非常脆弱，切記要輕拿輕放，避免被劃傷或弄臟。

（提前準(zhǔn)備好制作所需工具，剪刀、膠槍、雙面膠、彩色卡紙等，學(xué)生開始制作望遠(yuǎn)鏡，教師巡視指導(dǎo)）

各種活動(dòng)片段展示：

學(xué)生活動(dòng)一：

學(xué)生1與學(xué)生2正使用剪刀裁剪卡紙，制作鏡筒。

教師：你們準(zhǔn)備制作多長(zhǎng)的鏡筒呢？

學(xué)生1：我們準(zhǔn)備裁剪35厘米，目前已經(jīng)量好長(zhǎng)度，就剩下剪裁、粘貼了。

教師：那在使用剪刀的時(shí)候要小心，同時(shí)盡可能剪裁精準(zhǔn)些，這樣可以保證最終的成像效果。

學(xué)生活動(dòng)二：

學(xué)生3和學(xué)生4在使用膠槍固定物鏡。

教師提醒學(xué)生：注意不要燙到自己，物鏡要固定在鏡筒的一端，保障其不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)。

教師：大家制作時(shí)都非常認(rèn)真，現(xiàn)在請(qǐng)大家拿起自己的望遠(yuǎn)鏡，試著觀察遠(yuǎn)處的物體，看看其成像效果如何。

（學(xué)生紛紛拿起自己的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，興奮交流觀察結(jié)果）

學(xué)生1：我們的望遠(yuǎn)鏡成像很清晰，可以看到葉子紋理。

教師：很好，看樣子大家都掌握了望遠(yuǎn)鏡的制作方法。接下來(lái)，我們將一起進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡展評(píng)活動(dòng)，每個(gè)小組派一名代表上臺(tái)展示小組的作品，并簡(jiǎn)要介紹小組的制作過(guò)程與成像效果。

（各小組依次上臺(tái)進(jìn)行展示，其他小組學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并提問(wèn)）

展評(píng)環(huán)節(jié)：

小組1：我們小組制作的是開普勒望遠(yuǎn)鏡，選擇直徑為5厘米的凸透鏡作為物鏡，直徑為3厘米的凸透鏡作為目鏡，鏡筒的長(zhǎng)度是35厘米，通過(guò)調(diào)整物鏡與目鏡距離，可以得到清晰的成像效果。

教師：第一組同學(xué)制作的望遠(yuǎn)鏡非常精致，成像效果也很好。大家在剛才望遠(yuǎn)鏡的制作中遇到了什么困難？你們是怎樣解決的？

小組1：我們?cè)谡{(diào)整物鏡與目鏡的距離上花費(fèi)了較多時(shí)間，需要不斷嘗試、觀察，才找到了最佳的位置。

教師：很不錯(cuò)，你們?cè)谟龅絾?wèn)題時(shí)可以積極解決。

（其他小組依次展示，展評(píng)活動(dòng)結(jié)束）

教師：通過(guò)此次實(shí)踐活動(dòng)，我們了解到了望遠(yuǎn)鏡的成像原理，親手制作望遠(yuǎn)鏡，體會(huì)到了科學(xué)探究的樂(lè)趣，希望大家可以進(jìn)一步保持這種好奇心與探索精神，今天的課程到此結(jié)束，下課。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)展示與介紹望遠(yuǎn)鏡作品，學(xué)生在體驗(yàn)中獲取成功，增強(qiáng)個(gè)人的自信心與成就感，同時(shí)可以觀察、評(píng)價(jià)其他小組的作品，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，拓寬自己的視野。）

五、教學(xué)反思

本次教學(xué)活動(dòng)旨在通過(guò)制作望遠(yuǎn)鏡的實(shí)踐活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)凸透鏡與凹透鏡成像原理的理解，使其掌握望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，增強(qiáng)觀察能力、分析能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力，對(duì)望遠(yuǎn)鏡的成像原理有較為清晰的認(rèn)識(shí)，并提出望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)方案，開展小組制作，目前此目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

在本次教學(xué)中通過(guò)故事激趣的形式，成功激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與好奇心，為后續(xù)教學(xué)活動(dòng)奠定了良好基礎(chǔ)；在探究望遠(yuǎn)鏡成像原理與設(shè)計(jì)制作中，鼓勵(lì)學(xué)生相互交流、合作學(xué)習(xí)，以此來(lái)提升學(xué)生的參與度，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與問(wèn)題解決能力；在動(dòng)手實(shí)踐中體驗(yàn)科學(xué)的趣味性，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解。在后續(xù)的教學(xué)過(guò)程中，我們將致力于構(gòu)建更加開放、互動(dòng)且富有探究性的物理課堂，以期促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展和學(xué)科素養(yǎng)的顯著提升。

編輯：趙飛飛