(浙江省杭州市余杭區(qū)星橋中學(xué)，浙江 杭州 311100)

1 問題的提出

1.1 教學(xué)重點(diǎn)的應(yīng)然:由教材內(nèi)容和地位決定

浙教版初中科學(xué)七年級“探究凸透鏡成像規(guī)律”是光學(xué)部分的重點(diǎn)，也是近年中考的考點(diǎn)，它在教材中有重要地位，承前:光的折射知識；課中:讓學(xué)生動手探究實(shí)驗(yàn)，整理分析數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律；啟后:理解規(guī)律，靈活運(yùn)用物理知識解釋生活中折射現(xiàn)象。

1.2 教學(xué)難點(diǎn)的必然:受學(xué)生思維水平的限制

該教材將原本在八上的“透鏡成像”改編在七下，凸透鏡成像情況復(fù)雜，操作繁雜，成像的觀察和規(guī)律的總結(jié)又要運(yùn)用數(shù)據(jù)去抽象、歸納[1]，初一學(xué)生還是以形象思維為主，抽象概括以及遷移能力還比較弱，數(shù)理邏輯和空間思維難點(diǎn)如此緊密相連，使學(xué)生難以理解。

1.3 新手試教的茫然:初次教學(xué)結(jié)果的反饋

有新教師先自行設(shè)計(jì)教案：創(chuàng)設(shè)情境，引入新課，利用自制簡易照相機(jī)，站在不同位置，讓學(xué)生觀察所成像的特征并比較，引發(fā)對凸透鏡成像的思考。課堂上學(xué)生茫然無措，不知如何做實(shí)驗(yàn)和記錄，探究活動處于無序狀態(tài)，無法順利完成教學(xué)目標(biāo)，作業(yè)正確率低。

1.4 教學(xué)靈感的豁然:受到集體智慧的啟發(fā)

備課組經(jīng)過深入討論，從顯微鏡觀察“上”字時上下、左右相反得到啟發(fā)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)改進(jìn):(1) 將光源用“F”光源代替蠟燭；(2) 為了便于讀數(shù)比較像與物的大小，設(shè)計(jì)帶刻度的光屏，用“愛心”LED燈引入新課，讓學(xué)生在指向明確的活動中實(shí)驗(yàn)，上成了一堂有趣又生動的探究課。

2 問題呈現(xiàn):凸透鏡成像教學(xué)難以突圍的困局

2.1 凸透鏡成像教學(xué)存在的問題

2.1.1 情境導(dǎo)入欠恰當(dāng)

有的教師從自制的簡易照相機(jī)引入，只做演示實(shí)驗(yàn)，不能激活學(xué)生的前概念，以引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考。也有教師有不同的情境引入。

案例1:看一看，通過凸透鏡看手指和遠(yuǎn)處的物體。

案例2:做一做，比較通過彈珠看景物與實(shí)際景物的區(qū)別。

案例3:玩水珠，用手指在透明膠片上滴一滴水，觀察水珠下面的字。

多數(shù)教師創(chuàng)設(shè)的情境雖不同于課本，卻是學(xué)生已了解或是不太感興趣的。

2.1.2 分組實(shí)驗(yàn)欠有序

這節(jié)課的新概念多，有像距、物距、焦點(diǎn)、焦距、光心、實(shí)像、虛像、光屏、光具座等，要理解這么多新知識著實(shí)困難，出現(xiàn)分組實(shí)驗(yàn)時學(xué)生操作無序，不知道怎么觀察虛像，混淆物距與像距、實(shí)像與虛像的區(qū)別等。

2.1.3 規(guī)律探究欠自主

有的教師用自制的簡易照相機(jī)觀察后，提出問題:凸透鏡的成像情況與物距有什么關(guān)系?并提供了數(shù)據(jù)，在已知焦距的情景下，列舉了幾組不同數(shù)值的物距和像距，讓學(xué)生說出成像的規(guī)律。這屬于牽著學(xué)生的鼻子走，是給出而不是得出成像規(guī)律，影響學(xué)生對規(guī)律的感悟和深度理解。

2.2 凸透鏡成像教學(xué)難點(diǎn)分析

2.2.1 學(xué)生的前概念與成像規(guī)律不一致

對于凸透鏡，學(xué)生知道它叫放大鏡，能放大物體，但對凸透鏡成像的大小和虛實(shí)等知之甚少，在生活中經(jīng)?？吹皆「桌锏聂~等，學(xué)生認(rèn)為凸透鏡僅能起放大作用，其持有的前概念會造成負(fù)遷移作用，使凸透鏡能成縮小的像或虛像的新知難以得到順應(yīng)與轉(zhuǎn)化。

2.2.2 學(xué)生的思維跟不上復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作

本實(shí)驗(yàn)器材較多，需要記錄的數(shù)據(jù)也較多，既要調(diào)節(jié)蠟燭，又要調(diào)節(jié)光屏，還要在同一水平線上，蠟燭火焰會晃動，難以精準(zhǔn)地找到清晰的像、在不同物距下測像距、分析所成像的性質(zhì)。以上內(nèi)容對于抽象概括能力還弱的初一學(xué)生來說，思維很難跟上。

2.2.3 教師的引導(dǎo)方式缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性

有的教師展示了自制照相機(jī)，將投影儀上的畫面在不同位置投射給學(xué)生看，讓學(xué)生分析為什么能成倒立縮小的像？學(xué)生不知如何找規(guī)律，在后來的小組實(shí)驗(yàn)中，也沒有強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，缺乏必要的指引。

3 問題解決:創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，尋找數(shù)據(jù)規(guī)律

如何創(chuàng)新導(dǎo)課實(shí)驗(yàn)，設(shè)置學(xué)生感興趣的情境，順應(yīng)和轉(zhuǎn)化學(xué)生的前概念？如何全面呈現(xiàn)不同物距所成的像，以加深學(xué)生的感性認(rèn)識？如何引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，得出成像規(guī)律？

3.1 “愛心”LED燈的創(chuàng)新引入

本節(jié)課既是學(xué)習(xí)凸透鏡成像原理，又是進(jìn)一步理解投影儀、照相機(jī)和眼睛成像原理的基礎(chǔ)。新課導(dǎo)入必須層層遞進(jìn)，使學(xué)生置于真實(shí)的情境中，由淺入深[2]。我們采用LED燈做“愛心”燈樣，放在光具座上讓學(xué)生觀察(如圖1)，拋出問題:如何做讓自己也收到愛心？像的形狀如何？

圖1

圖2

學(xué)生利用已有的器材(凸透鏡、紙)，動手?jǐn)[放，得到愛心圖樣，觀察愛心像和實(shí)物的區(qū)別，為了明確何為倒立和正立，將“愛心”燈倒放，再一次讓學(xué)生觀察比較。

利用帶刻度的紙板，對所成像進(jìn)行讀數(shù)。通過數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步提問:為什么前后同學(xué)得到的“愛心”大小不一樣？引出新問題:為什么凸透鏡離光源越遠(yuǎn)所成的像越??？有什么規(guī)律？

在這個情景中，學(xué)生通過親身體驗(yàn)，認(rèn)識了光具座，并學(xué)會找到清晰像的方法，學(xué)會在數(shù)軸上直觀表示所成像的性質(zhì)(倒立、虛實(shí)、大小)，并看到所成像的性質(zhì)隨著物距的變化而改變，為后續(xù)探究實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。

3.2 實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新改進(jìn)

如圖2所示，用“F”型的LED燈代替蠟燭，不會晃動，更容易、準(zhǔn)確地找清晰的像及所在位置，更好地比較成像的性質(zhì)，且可以旋轉(zhuǎn)甚至遮擋部分透鏡，讓學(xué)生在變換中觀察、感受。

為了便于讀取物距、像距，將凸透鏡直接固定在光具座中間位置50cm處，將LED燈的中心與光心調(diào)到同一高度上，學(xué)生移動LED燈，觀察到“F”像的大小和正倒的變化，興趣大增。

3.3 探究活動的科學(xué)設(shè)計(jì)

依據(jù)實(shí)驗(yàn)的難度設(shè)置不同梯度的問題，設(shè)計(jì)表格給學(xué)生指明要測的物理量，操作起來就不會漫無目的，就容易找到規(guī)律，活動分為遞進(jìn)式的三步。

3.3.1 記錄準(zhǔn)確數(shù)據(jù)

為了引導(dǎo)學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)學(xué)案中給出了表1，讓學(xué)生深刻感受到成三種不同性質(zhì)的像時，每一種像的像距與物距大小的關(guān)系。

表1

問題：當(dāng)凸透鏡成像情況相同時，像距和物距之間有什么關(guān)系？

在未知焦距前提下，研究不同物距下的像的性質(zhì)，利用所測數(shù)據(jù)并簡單得出成像性質(zhì)與物距、像距的關(guān)系。并利用學(xué)生所測數(shù)據(jù)，展示在展臺上，如圖3所示，利用顏色依次進(jìn)行像的區(qū)分，讓學(xué)生從整體感受變化[3]。引導(dǎo)學(xué)生分析以及歸納，簡單得出如下結(jié)論:

圖3

(1)u>20cm，10cm

(2)u=20cm，v=20cm，成倒立、等大的實(shí)像。

(3) 10cm20cm，成倒立、放大的實(shí)像。

3.3.2 尋找數(shù)據(jù)的規(guī)律

告知學(xué)生凸透鏡焦距，讓他們尋找每兩種像的分界點(diǎn)，完成u=2f、u=f成像情況的探究，了解影響成像的因素只有物距、焦距。對于u

(1)u>2f，f

(2)f2f，成倒立放大實(shí)像。

(3)u=2f，v=2f，成倒立等大實(shí)像。

(4)u=f，不成像。

(5)u

另外通過“一進(jìn)一退”游戲，物和像的位置用事先準(zhǔn)備好的圖片以及所成不同像的圖片用雙面膠粘在黑板上，叫學(xué)生上臺相互配合，讓下面的學(xué)生直觀地感受物體離凸透鏡越近，所成像發(fā)生的變化，總結(jié)得到成像特點(diǎn):物近像遠(yuǎn)大。

3.3.3 深化規(guī)律的理解

為了讓學(xué)生能夠更加形象地了解凸透鏡成像特點(diǎn)，課后還可引導(dǎo)學(xué)生通過繪圖感知規(guī)律，以加深學(xué)生對這一內(nèi)容的理解。并總結(jié)出便于記憶的口訣：“平行過焦點(diǎn)，過焦反平行，經(jīng)心直傳去，三取二便成”。[4]

經(jīng)過不斷地與學(xué)生的交流和互動，有層次地進(jìn)行引導(dǎo)，逐步讓學(xué)生得出凸透鏡成像的完整規(guī)律，形成正確的認(rèn)知，化解了教學(xué)難點(diǎn)，培養(yǎng)了自主探究能力以及邏輯思維能力。

4 效果分析:前后對照有實(shí)效

兩次“探究凸透鏡成像規(guī)律”的教案設(shè)計(jì)，分別在兩個平行班進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生認(rèn)知水平差不多，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后教學(xué)效果明顯。通過課堂上檢測對比，明顯是修改后上課學(xué)生掌握度較高，能口頭總結(jié)凸透鏡成像規(guī)律。

5 感悟與思考

5.1 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要與時俱進(jìn)

教材是用蠟燭做光源燭焰會晃動，不易找到清晰的像，很難判斷像與物是否等大。改用LED燈做光源很好地解決了這個問題，將動態(tài)轉(zhuǎn)為靜態(tài)，輕松地突破了本節(jié)的難點(diǎn)，特別是用“F”型燈替代蠟燭后所成像的大小、正倒、左右非常直觀地呈現(xiàn)出來，增強(qiáng)了課堂探究的趣味性。

5.2 教學(xué)要發(fā)展學(xué)生思維

本節(jié)課教學(xué)并不在于教師有沒有把成像規(guī)律講得清、分析透，而是在于教師有沒有引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中觀察、分析，得出規(guī)律，將知識序轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)操作的思維序，實(shí)現(xiàn)具體形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)化，最后問學(xué)生凸透鏡被擋住一半時成像會怎么變？以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力。

5.3 方法要靈活，激趣多變

本節(jié)課通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，激起了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，用表格的形式、圖像的方法、以及模擬物與像“一進(jìn)一退”的游戲，讓學(xué)生扮演角色、體驗(yàn)參與，采用可視化的貼圖把復(fù)雜問題直觀條理化、簡約高效化，營造了生動的課堂，讓學(xué)生樂在其中。

總之，對重點(diǎn)和難點(diǎn)密集的探究課，需從學(xué)情、教材出發(fā)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)，在互動中思考，培養(yǎng)學(xué)生的動手、觀察、分析和歸納能力，突破難點(diǎn)，提高實(shí)效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸瑾.如何突破凸透鏡成像規(guī)律的教學(xué)難點(diǎn)[J].江蘇教育(中學(xué)物理)，2015,(7).

[2] 楊賢.學(xué)生DIY作品實(shí)現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理(初中版)，2016，34(12).

[3] 劉征.應(yīng)用圖像法解決凸透鏡成像問題[J].中學(xué)物理(初中版)，2017，35(1).

[4] 成金德.凸透鏡成像作圖大觀[J].理科考試研究(初中版)，2016，23(11).