淺談“探究凸透鏡成像規律”的教學處理

張東華

（蘇州工業園區星海實驗中學 江蘇 蘇州 215021）

蘇科版《物理》第四章第三節“探究凸透鏡成像的規律”，是實驗探究物理規律的教學．教師感到對教材處理比較難，學生對凸透鏡成像規律感到比較難理解．筆者結合自身的教學實踐，從以下幾個板塊談談對該節內容的教學處理．

1 課題引入

探究課題的引入是課堂教學的前奏曲，負有醞釀情緒、集中注意、滲透主題、探究欲望等意圖．怎樣引入探究凸透鏡成像規律這一課題呢？好的課題引入，能調動學生學習的積極性，激發學生的興趣．筆者設計了3個任務．

（1）事先在每個光具座上放上凸透鏡和光屏，調節光屏與凸透鏡之間的距離，使光屏上呈現遠處景物倒立縮小的實像．學生一進實驗室，驚呆了，好神奇??！

（2）讓學生透過同一凸透鏡，分別觀察近處的物體和遠處的物體；

（3）讓學生把焦距不同的兩個凸透鏡并排放置并同步移動，分別通過兩個凸透鏡來觀察課本上的字．

第1個實驗創設遠景成像情境，出乎意外的實驗景象使學生非常興奮，個個都躍躍欲試，積極投入到探究凸透鏡成像規律的問題之中；第2，3個實驗讓學生通過體驗既能感知到凸透鏡成像的趣味性，又能體會到其成像的復雜性，并能使學生意識到凸透鏡成像的性質可能與物距和凸透鏡的焦距有關，為實驗的設計埋下了伏筆．

2 設計實驗與收集數據

探究性實驗規律教學是學生在教師的輔助下，按探究的研究方法獨自進行實驗，觀察現象，分析結果，總結出有關物理規律的一種教學方法．

部分教師在對凸透鏡成像的研究過程中，為了降低探究難度，采用焦距一定，給定物距，讓學生記錄像距和像的性質的操作思路（表1）．

表1 像距和像的性質 f＝10 cm

筆者認為：“凸透鏡成像規律教學”是探究性實驗教學；而若給定物距和焦距，則是驗證性實驗教學，與課的主題相違背；本實驗中物理規律的獲得采用實驗歸納法，即從實驗結果中分析、歸納、概括而總結出來規律．6組數據難以歸納出凸透鏡成像規律，這種思路顯然不符合用歸納法總結物理定律的教學要求．

筆者讓學生用焦距分別為5 cm，10 cm，15 cm的凸透鏡分別進行實驗，并安排了3個探究任務．

探究1：分別收集使凸透鏡成倒立縮小的像和倒立放大的像時的物距和像距，并記錄．

具體做法：（1）凸透鏡固定在光具座的中央．

（2）將蠟燭從光具座的邊緣由遠到近逐漸靠近透鏡（大致每隔4 cm取1個點），并移動光屏．當成最清晰的像時，記錄物距和像距．

（3）更換透鏡，重復上述步驟．

探究2：找倒立等大的實像．

凸透鏡能成倒立、縮小的實像，也能成倒立、放大的實像，那么凸透鏡能成倒立等大的像嗎？筆者在教學中變換了處理方法．筆者認為，以伽利略為代表所開創的實驗方法則強調對觀察到的現象進行理性的分析，分析的結論再由實驗檢驗，被檢驗過的知識再上升為理論．教材中在實驗方法中指出：科學發現不都是靠實驗歸納得來的，理論研究也是很重要的，它能使科學家提出正確的猜想，指導實驗和對實驗的結果進行科學論證．但讓初二學生在近軸條件下，進行凸透鏡成像規律的理論推導，既加重了學生的負擔，又不能取得良好的教學效果，所以筆者采用畫光路圖的方法．如圖1所示，從光路圖看出，當物距為2倍焦距時，此時像也在2倍焦距處，成倒立等大的實像．然后在實驗中用L形發光二級管做發光體，讓學生分別用5 cm，10 cm，15 cm不同焦距的凸透鏡做實驗，并對物、像的高度進行精確測量，得出在2f點處，成倒立、等大的實像．

圖1

探究3：當物體距凸透鏡很近時，成的像又是怎樣呢？

學生通過實驗發現：

（1）不管怎樣移動光屏，光屏上都無法成像．

（2）將光屏取下，用眼睛直接通過凸透鏡能觀察到在物體的同側有一個正立、放大的虛像．

3 規律的歸納與總結

從實驗數據中歸納凸透鏡成像的規律，對學生來說并非易事．筆者第一課時讓學生收集證據，第二課時讓學生分析歸納．目的是讓學生課后有足夠的時間對實驗數據（全班學生有大量的數據）進行分析、歸納，學生之間進行交流與合作．第二課時，教師讓學生在紙上畫3個主光軸（分別對應焦距5 cm，10 cm，15 cm），并在主光軸上對稱性地標出f和2f點，再用點代表物與像畫在主光軸所在區域．通過“點集合”的思想得出凸透鏡的成像規律（表2）．教師也可以告訴學生，在物理學中，對數據進行歸納時，可以采用坐標法或圖表法，找出某些變量的函數關系．比如，探究凸透鏡成像規律的實驗中，你試試作出u（物距）－v（像距）圖像．筆者認為讓學生經歷從收集到的實驗數據到歸納出規律的過程，不僅使學生意識到科學家發現科學定律和科學理論的艱辛，而且培養了學生科學探究的能力．

表2 凸透鏡的成像規律

4 規律的理解與應用

對于凸透鏡成像規律的理解，筆者采用兩種方案：

（1）讓學生畫出物體分別在2倍焦距之外、2倍焦距處、1倍焦距與2倍焦距之間、1倍焦距之內的成像光路圖；

（2）讓學生應用規律．因為應用規律的過程，是將抽象的物理規律具體化．比如：創設情境．青青同學的文章在報紙上發表了，爺爺感到很高興，可是字太小，看不清內容，如何幫助爺爺（假定爺爺就坐在教室后排）？學生積極思考，想到利用放大鏡和投影儀的方案．此時教師可以進一步讓學生思考，怎樣調節放大鏡和投影儀，使爺爺看到的像更大？

在解決現實問題過程中，不僅固化、深化、活化規律的理解，而且使學生學到分析處理實際問題的方法，培養學生分析、解決問題的能力．

1 劉炳升，李容．物理．南京：江蘇科學技術出版社，2007