王恩華　鄭瑜

摘要：本文討論了筆者設計的《凸透鏡成像》的教學案例。在本教學設計中筆者力圖突破傳統(tǒng)教學思路，淡化知識本位，凸顯探究過程，并專門討論了教學活動的設計意圖，以與廣大同行交流。

關鍵詞：凸透鏡成像；教學設計；探究

中國分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）5（S）-0030-5

1.教學內容分析

本節(jié)課的教學內容是上?？茖W技術出版社出版的《義務教育教科書物理·八年級》的“第四章·多彩的光”的第五節(jié)，主要包括凸透鏡對光線的會聚作用、實驗探究凸透鏡成像及凸透鏡成像的規(guī)律等。

學生在學習了光的反射、光的折射、平面鏡成像等基本知識的基礎上，進一步通過實驗探究的方式學習凸透鏡的不同成像情況。進一步總結出凸透鏡成像的規(guī)律。在探究過程中，體驗、感悟凸透鏡對光線的會聚作用，提高學生對實驗現象、數據的初步分析能力，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度。這不僅是對光現象的深入學習，也是以后了解凸透鏡成像規(guī)律應用的重要基礎，是光學中重要的實驗探究課之一。

2.學情分析

學生已具備了光的反射、光的折射、平面鏡成像等基本知識，對“放大鏡”也并不陌生。因此，通過“放大鏡”來找各種不同的像也不會困難，通過實驗觀察自然能想到“凸透鏡成像可能與物體到凸透鏡的距離有關”；但要通過實驗觀察物體和凸透鏡距離改變時的成像情況卻并不容易，況且還要通過對實驗現象及數據的分析歸納出凸透鏡成像的規(guī)律。對于形象思維能力較強而抽象思維尚弱的八年級學生來說，如何順利進行實驗、獲取數據，如何來處理實驗中記錄的這些現象及數據，尤其是確定在確定凸透鏡成像的兩個“分界點”上提出了很大的挑戰(zhàn)。較為有利的是，學生對該學習內容的興趣十足，學習動機易被激發(fā)。

3.設計思路

教材對于本節(jié)課的教學內容是這樣安排的：首先是對凸透鏡的認識，包括凸透鏡對光線的會聚作用，凸透鏡的焦點、焦距；然后是對凸透鏡成像規(guī)律的實驗探究。這樣安排，知識的系統(tǒng)性雖好，卻不完全符合初中學生的認知特點和規(guī)律，也不能很好地發(fā)揮學生的潛能。因此，筆者對這節(jié)課的教學內容進行了大膽的整合，首先從學生熟悉的“放大鏡”開始，引導學生從具體事例中提出問題：同一凸透鏡為什么能成大小、倒正不同的像？進而通過實驗找到這些不同像并分別記錄每種情況下物體的位置、像的位置、像的特點，通過對這些信息、數據的處理找出凸透鏡成不同像的條件，進一步引導學生在觀察現象、分析數據的基礎上運用連續(xù)的思想完善并總結出凸透鏡成像的規(guī)律；伴隨著探究過程的不斷深入，凸透鏡、虛像和實像、焦點和焦距等概念的教學在學生認知過程中擇機進行。這樣的教學設計能更激發(fā)起學生自主探究的興趣，也更符合學生研究這一問題時的認知順序。

4.教學重點和難點

教學重點：經歷探究凸透鏡成像的規(guī)律的實驗過程。

教學難點：正確地找到像的位置；實驗現象和數據的分析處理。

5.教學目標

（1）經歷探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗過程，說出凸透鏡成像的規(guī)律。

（2）在實驗中辨認實像和虛像，說出實像和虛像的區(qū)別。

（3）知道凸透鏡，說出焦點的位置和焦距。

（4）通過探究凸透鏡成像規(guī)律提高實驗操作能力，學會對實驗現象、數據的分析處理方法。

（5）在探究凸透鏡成像規(guī)律的過程中，滲透“連續(xù)”的物理思想。

6.教學方法

任務驅動法、實驗探究法、講授法。

7.教學準備

課件：關于《科學探究：凸透鏡成像》教學的PPT、多媒體投影、實物展臺。

學生實驗器材：光具座、大蠟燭、凸透鏡、大光屏、火柴（1組）。

學生實驗器材：光具座、蠟燭、凸透鏡、光屏、火柴（共16組）。

8.教學過程設計

8.1創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

活動1 學生透過“放大鏡”觀察老師

教師站在講臺前引導學生透過他們熟悉的“放大鏡”觀察老師，并試著描述出“清晰”看到的老師的樣子。

學生坐在教室不同的位置，透過“放大鏡”觀察老師，并說出看到的老師的樣子（老師是倒立放大的、倒立縮小的和正立放大的）

教師指出，學生透過“放大鏡”看到的“清晰”的老師實際上是老師通過凸透鏡成的像。觀察表明：“放大鏡”不只成放大的像。所以這類元件稱為放大鏡不科學，物理學中叫“凸透鏡”。

教師引導學生認識到用相同的凸透鏡能成不同性質的像，是因為老師到凸透鏡的距離不同。

[設計意圖]1.透過“放大鏡”觀察熟悉的老師，激發(fā)學習興趣；

2.在學生意識到“放大鏡”不僅能成放大的像，也能成縮小的像時，“放大鏡”這一稱謂顯然不能代表這類透鏡，此時給出“凸透鏡”，符合學生認知；

3.發(fā)現用凸透鏡成不同的像，確定研究方向。

8.2設疑擊思，點拔探究

活動2 探究了解凸透鏡成像的大體情況

教師提出問題：怎樣知道凸透鏡在什么情況下成倒立放大的像，什么情況下凸透鏡成倒立縮小的像？

學生知道要通過實驗的方法進行探究。

教師介紹實驗器材：光具座、凸透鏡、蠟燭（火柴）。布置實驗任務并提醒學生注意：（1）通過前后移動光屏找到在光屏中心最清晰的像（教師也可演示）；（2）先從遠到近不斷改變燭焰的位置，了解物距不同對所成的像有哪些影響；（3）在光屏上找到像時，撤掉光屏看能否用眼直接看到這個像？（4）簡單概括出實驗中你實驗小組觀察到的現象。

學生以小組為單位，進行實驗，從整體上了解凸透鏡成像的情況。

學生交流各實驗小組實驗中觀察到的現象：燭焰離凸透鏡遠時，成倒立縮小的像，用眼睛能看到；燭焰離凸透鏡不太遠時，成倒立放大的像，用眼睛能看到；燭焰離凸透鏡近時，光屏上找不到燭焰的像，但用眼睛透過凸透鏡能看到放大的像。

教師匯總實驗中觀察到的現象，讓剛才沒有觀察全的小組快速補充觀察。

教師介紹實像、虛像及其特點。平面鏡成的虛像是反射形成的，所以要在鏡前（物體同側）看；凸透鏡成的虛像是折射形成的，所以要透過凸透鏡（物體另一側）看。

學生初步了解實像、虛像及其特點，并用來描述凸透鏡成像的整體情況。

[設計意圖]在學生實驗中，倒立放大的像、倒立縮小的像都能在光屏上呈現，而正立放大的像不能在光屏上呈現，而需要透過凸透鏡觀察到像在燭焰的同側，此時給出“虛像”、“實像”并體會二者的不同，符合學生的認知需求。

活動3 探究凸透鏡成倒立放大的像、倒立縮小的像的條件

教師指出剛才我們通過實驗了解到的凸透鏡成像的整體情況過于粗糙，我們要能找出物體距離凸透鏡多遠成哪種像就更好了。為了更細致的研究出什么情況下成什么像，我們采用分工合作的方式進行。單數實驗組同學通過實驗分別找多個倒立放大的實像，并分別記錄下你認為最具代表意義的三個像時物體的位置、像的位置及像的大小情況，將實驗現象及數據記錄到表格中，同時將各成像情況下物體的位置、像的位置及像的大小畫在印有方格標記的透明膠片上；雙數實驗組同學通過實驗找倒立縮小的像，要求與單數實驗組相同。

學生分組實驗，完成各自的任務。

完成后實驗先由成倒立放大實像的實驗組學生展示用膠片記錄的成像情況，并說明為什么認為這三個像最具代表意義。

教師通過即時性評價引導學生理解“最具代表意義的三個像”。

教師將所有研究成倒立放大實像的實驗組的膠片重疊后，讓學生觀察并思考：看到了什么，說明了什么？

再由成倒立縮小實像的實驗組學生展示用膠片記錄的成像情況，并自己說明自己組記錄的三個像是否最具代表意義，為什么？

教師將所有研究成倒立縮小實像的實驗組的膠片重疊后，讓學生觀察并思考：看到了什么，說明了什么？

學生總結出看到的現象及發(fā)現的規(guī)律：成不同的像時，物體的位置和像的位置好像都有個范圍，比較集中；成倒立放大的實像時，物體到凸透鏡的距離小于20cm；成倒立縮小的實像時，物體到凸透鏡的距離大于20cm。

教師讓學生知道通過記錄的實驗數據也能發(fā)現同樣的規(guī)律，從而讓學生意識到處理實驗數據可以有不同的方法。

[設計意圖]1.通過實驗前的提醒，降低實驗難度，便于學生在光屏上正確的找到像，使實驗得以順利進行；

2.本實驗采用分工合作的方式，一是為了有充足的動手動腦時間讓學生找到“最具代表意義的三個像”；另一方面也是培養(yǎng)學生加強合作的團隊精神；

3.本實驗中多數學生記錄的數據大多雜亂無序，將實驗數據以圖示的方式展示更易發(fā)現其中蘊含的規(guī)律，再通過評估環(huán)節(jié)讓學生了解有序的數據便于發(fā)現和總結規(guī)律，形成有序實驗的科學意識。

活動4 找到凸透鏡成倒立放大的像、倒立縮小的像的分界點

教師引導學生認識到凸透鏡成倒立放大的實像和倒立縮小的實像之間應該存在一個分界點，在這個分界點上會成一個與物體一樣大的實像。這個分界點會在哪里呢？如何證實我們的判斷？

學生多數能意識到這個分界點大約在距離凸透鏡20cm處。

教師引導學生說出實驗方案：在這個分界點的兩側多嘗試幾次，仔細觀察所看到的像的變化。

學生通過實驗來驗證：物體距離凸透鏡20cm處時，成倒立等大的實像。

教師說明20cm是個關鍵點，是成倒立放大的實像和倒立縮小的實像的分界點。在這個點上，成倒立等大的實像。實驗中，像與物體的明亮程度不同，僅憑眼睛觀察不足以確認成的像是與物體是等大的，但并不妨礙結論的得出。

[設計意圖]引導學生運用“連續(xù)”的思想，認識到成倒立放大的實像和倒立縮小的實像之間應該有個分界點，并猜想分界點的位置，通過實驗證實這個分界點的存在。

活動5 探究凸透鏡成正立放大的像的條件、找出凸透鏡成實像和虛像的分界點

教師引導學生認識到物體到凸透鏡的距離小于20cm時，除了成倒立放大的實像外，還能成正立放大的虛像。物體在怎樣的范圍內，通過凸透鏡成的是正立放大的虛像？凸透鏡成倒立放大的實像和正立放大的虛像之間有無分界點？

教師要求學生通過實驗分別找出多個正立放大的虛像，并分別記錄下你認為最具代表意義的三個像時物體的位置、像的大小，將實驗現象及數據記錄到表格中，同時將各成像情況下物體的位置畫在印有方格標記的透明膠片上。

學生分組實驗，記錄實驗數據及效果信息。

學生完成實驗后結合膠片記錄的成像情況展示各組的實驗結果，并自己說明自己組記錄的三個像是否最具代表意義。為什么？

教師將所有研究成正立放大的虛像的實驗組的膠片重疊后。讓學生觀察并思考：看到了什么，說明了什么？

學生總結出：觀察到正立放大的虛像時，物體更靠近凸透鏡：觀察到正立放大虛像時，物體到凸透鏡的距離要比10cm小。

教師在學生充分認識的基礎上，概括出：物體到凸透鏡的距離小于10cm時，成正立放大的虛像。

教師進一步讓學生意識到凸透鏡成正立放大的虛像和倒立放大的實像也應有個分界點，分析這個分界點應該在距離凸透鏡10cm處。

學生通過實驗觀察物體在距離凸透鏡10cm處的成像情況，確認此時既不能成實像，也不能成虛像。

[設計意圖]引導學生自覺運用“連續(xù)”的思想。意識到成正立放大的虛像和倒立放大的實像應該有個分界點，猜想這個分界點的位置，通過實驗確認分界點。

活動6 對上述探究過程的評估

教師引導學生對實驗過程進行反思，幫助學生認識到：本實驗的主要誤差來源是不同人對清晰像的位置的判斷不完全相同；在實驗數據的記錄上按照由大到小或由小到大的順序較好；處理實驗數據可以有多種不同的方法；在對實驗數據進行處理時，“連續(xù)”的物理思想很重要；自己實驗中的各種經驗教訓。

[設計意圖]引導學生養(yǎng)成對科學探究過程及時進行反思的習慣。

8.3拓展延伸，歸納升華

教師告訴學生，對于任何一個凸透鏡成像情況進行研究，都會發(fā)現這個“分界點”，但不同的凸透鏡這個“分界點”到凸透鏡的距離并不相同。我們今天各實驗組實驗的是相同的凸透鏡，所以我們找到的“分界點”都在距離凸透鏡10cm處。這個“分界點”叫做凸透鏡的焦點，這個“分界點”到凸透鏡的距離叫做凸透鏡的焦距。10cm是就是大家實驗中所用的凸透鏡的焦距。

教師引導學生以小組為單位總結完善凸透鏡成像的規(guī)律。

教師強調說明。我們所使用的凸透鏡的焦距都是10cm，換用焦距不同的凸透鏡做實驗，雖然數據可能不同，但所得到的結論是相同的?？茖W家大量實驗的結果充分證明了這一點。

[設計意圖]1.學生通過分析，發(fā)現了凸透鏡成像中兩個關鍵點：即成倒立縮小實像和倒立放大實像的分界點、倒立放大實像和正立放大虛像的分界點，此時結合這兩個分界點給出凸透鏡的焦點、焦距這些名詞，符合學生認知需求。至于這個點為什么叫焦點，到學習凸透鏡對光線的作用時才會明白：

2.給出科學名詞后，學生再次歸納總結，規(guī)范語言，得到初步的規(guī)律；

3.對于不同焦距的凸透鏡仍能得到相同的規(guī)律，使結論具有普遍性，滲透嚴肅認真的科學態(tài)度。

教師提出新問題，為下節(jié)課的教學埋下伏筆：凸透鏡為什么既能成實像又能成虛像？這需要我們關注光線通過凸透鏡前后傳播方向的變化，下節(jié)課我們繼續(xù)研究。

9.形成性練習

1.小軍和小民用圖1甲所示的裝置來“探究凸透鏡成像的規(guī)律”。

（1）開始時，他們決定先用眼睛來觀察一下凸透鏡成像的各種情況。于是，他們先把凸透鏡固定在光具座上0cm處，小軍負責將蠟燭從透鏡一側50cm處逐漸向透鏡靠近，小民從另一側透過透鏡觀察燭焰，并按照觀察到的像的大小進行編號，然后整理記錄觀察到的幾個像的情況如圖1乙所示。小軍想知道觀察到的各個像的先后順序，小民有些已記不清楚。請你幫他排列出來：

（2）小軍和小民要探究凸透鏡成像的規(guī)律，還缺少的實驗器材是__；如果實驗室里找不到這個器材，還可以用__來代替。

（3）小軍又把蠟燭固定在光具座上30cm處，小民要在光屏上找到燭焰清晰的像，正確的操作是__。

（4）小民進行了正確的操作后，將他的實驗數據記錄在表2（實驗次數1）中：小軍看了小民找到的像后，感覺不夠清晰，又繼續(xù)進行了正確的操作后，也將實驗數據記錄在表2（實驗次數2）中；小軍和小民都認為自己的實驗數據是正確的，二人爭執(zhí)不下，就請物理課代表來裁決，物理課代表又繼續(xù)進行了正確的操作后，也將實驗數據記錄在表2（實驗次數3）中。

于是，物理課代表認為小軍的實驗數據是正確的。你的看法是：__。

（5）根據小民、小軍和物理課代表的實驗數據，可以推斷該凸透鏡的焦距為__cm；為了證實這一推斷的正確性，最簡單的實驗方法是將蠟燭固定在光具座上__cm處，__。

2.表3是對凸透鏡成像規(guī)律的總結，請你將表格中的空白處填寫上適當的內容。

10.自我點評

在課堂教學中如何將學習內容的掌握轉換成學生的內在需求，是教師創(chuàng)設情境是否成功的重要標志；教師能否將教學內容還原成一個有探究價值的問題是科學探究課設計的核心問題。因此，本節(jié)課的設計大膽擯棄了先講解后探究的做法，是因為那樣的探究更像是走過場，學生探究的主動性、自發(fā)性蕩然無存。

從本節(jié)課的教學目標就能看出來，此設計淡化知識本位、突出探究過程。通過“探究凸透鏡成不同的像的條件”這一具體任務的完成，使學生在獲取現象和數據的基礎上，通過層層遞進的分析，歸納出成像的規(guī)律，并從中受到科學方法和科學態(tài)度的熏陶。

鑒于本節(jié)課的容量較大，課堂思維含量很高，筆者在本設計中，考慮到這種取舍、整合的做法可能使知識落實不夠扎實，但從學生認知需求和發(fā)展的角度考慮，愿意做這樣的嘗試，使學生能夠真正經歷探究的過程，體會探究實質，而不是在教師的過多鋪墊、給予下的偽探究。

（欄目編輯 李富強）