“探究凸透鏡成像規律”實驗課的若干難點分析和突破建議

(南京一中初中部，江蘇 南京 210002)

教師在上“探究凸透鏡成像規律”的時候，常常因為實驗耗時太長或學生總結歸納太慢而完成不了教學目標.原因主要是這節課的難點較多而且集中，需要教師進行精心的設計，有效處理課堂的各個環節.

教師首先要理解教材，這是以探究凸透鏡成像情況與物距關系有關為主線安排的實驗探究活動.設計好實驗探究環節，引導學生進行有效猜想，明確觀察什么、測量什么、記錄什么，通過分析表格數據進行簡單的比較，進行簡單的因果推理是本節課的重點.

難點一：如何引入新課？

目前的引入主要有四種方式.第一種是事先布置學生查找關于凸透鏡在生活中的應用，為后面凸透鏡成倒立縮小實像和倒立放大實像做鋪墊.這種引入的優點是讓學生了解凸透鏡在生活中的應用，同時教師也在下面的教學中引導學生在光具座上找倒立縮小實像和倒立放大實像.缺點在于學生對凸透鏡成像規律還不了解，往往是照本宣科的讀所收集的資料，不僅耗時過長，也不夠形象直觀.

第二種是用蠟燭或燈泡在通過凸透鏡在墻上成像，改變光源和凸透鏡之間的距離，在墻上成倒立縮小的像或倒立放大的像.這種引入的優點是用最短的時間，讓學生直觀的知道凸透鏡成倒立縮小實像和倒立放大實像，同時教師也在下面的教學中引導學生在光具座上找出這兩種像.缺點在于如果后面教師讓學生猜想影響凸透鏡成像規律因素的時候，學生會猜想到像距這一因素，教師還需要通過實驗讓學生理解：物距一定時像距也是一定的.

第三種是教師在講臺上提供光源(亮度要高)，讓學生通過手上的凸透鏡在光屏上成像，教師也可以提供一個凸透鏡在自制光屏上成倒立放大的像.這種引入的優點除了和第二種一樣以外，學生還會發現從第一排到最后一排，像的大小在發生變化.缺點也和第二種一樣，會引起學生猜想到像距.而且這種引入對于光線的要求較高，需要較暗的環境.

第四種是學生利用手上的凸透鏡觀察物理書上的字，然后凸透鏡逐漸遠離書本，讓學生觀察像的變化.優點是學生可以在最短的時間內觀察到凸透鏡能成倒立縮小像、倒立放大的像和正立放大的像，同時還避免了學生在后面的教學環節中猜想影響凸透鏡成像因素的時候，學生會猜想到像距這一因素.缺點是學生不清楚所成的是實像還是虛像.

難點二：如何進行有效的猜想？

教師要啟發學生思考凸透鏡成像的特點可能和什么因素有關，學生的猜想大致分為三類：

(1)與物距有關；(2)與焦距有關，學生可能會猜想成像特點和凸透鏡的厚薄、大小、材質等因素有關，教師可以幫助學生引導到這些因素都是影響凸透鏡焦距的；(3)與像距有關.第二種和第三種引入會讓學生猜測到像距，在設計實驗時，這一因素必須排除.教師可以讓學生在光具座上觀察凸透鏡成像，讓學生知道物距一定的時候，光屏上成清晰的像，像距是唯一的，物距決定了像距.

難點三：如何合理地設計實驗？

設計實驗時，學生不僅要明確需要觀察什么、測量什么、記錄什么，還要在實驗中體會控制變量的思想.首先是設計實驗，要讓學生在研究凸透鏡成像和物距的關系的時候，要控制焦距相等，研究凸透鏡成像和焦距關系的時候要控制物距相等.實驗前讓學生明確，觀察的是光屏上像的成像特點，測量物距和像距，記錄物距、像距和成像的特點.教師在設計實驗的時候，可以考慮到焦距的因素，分兩大組采用不同焦距的凸透鏡進行實驗.

物理教材上測量物距和像距用的是米尺，而一般實驗用的都是光具座，教師在實驗前可以和學生簡單的介紹一下光具座的用處.測量物距和像距是學生實驗中的一個難點，處理不好往往影響實驗進度.一般有兩種測量方法，一種是將光源固定在0刻度線處，然后調整凸透鏡和光屏，這樣物距可以直接讀出來，光屏所在位置刻度值減去凸透鏡所在位置刻度值為像距.第二種方法是凸透鏡在50cm處固定不動，50減去光源所在位置刻度值為物距，光屏所在位置刻度值減去50cm為像距.多次試驗后，筆者發現學生對于第二種測量方法的掌握比第一種要好，實驗時間也可以縮短，所以建議使用第二種方法.

難點四：物距等于二倍焦距處成像的教學

這節課的關鍵點在于二倍焦距處成像的教學，是整個課堂教學設計的核心所在.

目前的課堂教學主要分兩種，一種是在實驗的開始進行二倍焦距成像的教學.

案例一：

師：(用凸透鏡在墻上成倒立縮小的像或倒立放大的像)通過剛才的實驗，同學們發現凸透鏡既能成倒立縮小的實像，也能成倒立放大的實像，且蠟燭到凸透鏡距離遠時成放大的實像，距離近時成縮小的實像，有沒有可能蠟燭通過凸透鏡成倒立的等大的實像？

生：有可能.

師：我們在光具座上研究找到這個倒立的等大的實像，同學們將蠟燭、凸透鏡和光屏依次放在光具座上，固定凸透鏡不動，讓蠟燭和光屏同時遠離凸透鏡，找到凸透鏡成倒立等大實像的點.

學生根據實驗數據會得出物距等于像距或物距等于二倍焦距時候成倒立等大的實像這一結論.若學生一開始沒有得出物距等于二倍焦距這一條件，可以通過數軸圖像幫助學生加以分析.當二倍焦距處成倒立等大實像這一條件得出之后，教師就以二倍焦距為分界線，讓學生研究物距大于二倍焦距和物距小于二倍焦距的成像情況了.

這種教學方式的優點是學生的探究目的性明確，對于凸透鏡成像規律劃分的很清楚，易于學生進行數據分析，直接得出物距和焦距的關系.缺點是二倍焦距出現的有點突兀，學生對于二倍焦距的出現很難理解.

第二種是在實驗探究結束后，再探究物體在二倍焦距處的成像情況.

案例二：

師：當物距大于二倍焦距的時候，成的是倒立縮小的實像，在大于一倍而小于二倍焦距的位置時候，成的是倒放大的實像.我們假想一個物體從左向右移動，先成倒立縮小的實像，再成倒立放大的實像，會不會在什么位置成一個倒立等大的實像呢？

生：有可能.

師：下面我們通過動畫給大家演示一下.(演示動畫)在什么位置，成倒立等大的實像？

生：當物距等于二倍焦距的時候.

師：下面我們通過實驗來驗證一下，當物距等于二倍焦距的時候是否成倒立等大的實像.

這種教學設計的優點在于水到渠成，比較符合學生的思維.其缺點在于由于物距等于二倍焦距的成像特點是在最后出現的.分析成倒立縮小實像和倒立放大實像的條件時候，需要借助于數軸進行分析，而且學生很容易得出物距和像距之間的關系.

本節課可能還有一些難點，如物距和像距的概念，焦距的概念，蠟燭的燭焰、凸透鏡和光屏的中心在同一高度的作用.總之要根據學生的實際情況，進行有效的教學設計，分解難點，突出重點，讓學生掌握正確探究方法的同時，也體驗到探究的樂趣.