光學“圖形”突圍

王夏芳

圖形教學是光學學習的重要手段，學生掌握圖形方法能更透徹地理解科學知識。其次，圖形作為思維方法和行為方式，還蘊含著很高的認知價值。筆者根據自己多年的教學實踐，將光學難點問題分成四個模塊：1.小孔成像；2.平面鏡成像特點；3.光的反射與折射；4.凸透鏡成像規律和應用。針對以上難點問題，找到學生在學習中的“短板”，再借助圖形進行突破。

小孔成像規律圖形教學策略

問題集結

根據科學課程標準及杭州市初中畢業升學文化考試命題實施細則，小孔成像考點有小孔成像原理，即“小孔成像”中的“像”是實像還是虛像，放大還是縮小，正立還是倒立。而教材中有關小孔成像的內容只有一個實驗，連基礎圖形都沒有，學生通過預習課本只知道小孔成像原理，光路圖也不會畫。由于小孔成像畫圖是學生學習光學時剛接觸的難點問題，對于初學者，教師要有耐心與方法。

基礎圖形延伸——由易到難

為了解決學生的困惑，在實驗基礎上，再引入圖形教學。為了降低難度，還是采用小步子教學法，由簡單圖形到復雜圖形，即由易到難，循序漸進。

基礎圖形

小孔成像原理是光的直線傳播，通過實驗操作讓學生了解小孔成的是倒立的像，再通過畫圖讓學生理解小孔成像的原理。運用做圖手段，除了形象直觀，還有助于促進學生科學概念的形成。

拓展圖形

掌握基礎圖形以后，可以適當再做些延伸，從而激發學生的思維與興趣，培養學生的變通能力，開闊學生的視野，提高學生的靈活性，培養學生思維的創新性與發散性。

如圖所示，小明在一張不透光的紙上用針扎了一個直徑約為1 mm的小孔，讓白熾燈泡發出的光穿過小孔射到白紙上，請回答以下問題：

保持燈和小孔的位置不動，向下移動白熾燈，像的大小將變為___________________。

這道題的圖跟我們看到的基礎圖形相似，將基礎圖形按順時針旋轉90度，根據題意在白熾燈向下移動處再畫一次圖形，答案即可知曉（圖2）。

平面鏡成像特點圖形教學策略

問題集結

在教學過程中，經常遇到這樣的問題：如果鏡面是豎直的，學生基本都會畫，但如果鏡面是傾斜的，很多學生都會畫錯，而如果圖形上升到組合圖形，對學生來說難度就更大了，不知道如何解答。所以，要先學會單一圖形，再將組合圖形分解成單一問題，難點也就迎刃而解。

圖形分解與組合——從繁到簡

熟練掌握單一圖形以后，遇到復雜一點的組合與變化圖形問題時，可以將組合或變化圖形進行分解，化解難點，也可以把變化前后的每個獨立圖形畫好再進行組合。

案例：平面鏡成像問題

在做“研究平面鏡成像特點”的實驗時，小明在實驗過程中，讓玻璃板沿OO′軸（玻璃板與桌面的接觸部分）方向水平向右移動，結果他發現鏡中自己的像相對于自己______移動（選填“向右”“向左”或“不”）；他又將玻璃板繞OO′軸轉向自己，發現鏡中自己的像________（選填“轉向自己” “轉離自己”或“不動”）。

課上統計學生完成情況：第一空基本都能做出來，第二空錯誤率很高，因為涉及鏡面位置變化，很多學生不知道怎樣解答。教師課中引導學生將變化前后的兩次成像圖畫出來，然后再組合一下，答案就出來了，而前后兩次成像圖形對學生來說也沒有問題。根據題意，玻璃杯轉動前后圖形如圖3、圖4所示。

再將轉動前后的兩次圖形組合起來，如圖5所示，發現像從1位置轉到2位置，答案是像轉向自己。

上面這道題看上去有點復雜，其實分解成單一圖形后就很基礎，只要找出每一個圖形的對稱圖形就可以了，所謂的難點其實是建立在基礎知識上，然后進行翻新與再加工。所以，教師在教學中首先要將基礎落實到位，學生只要掌握方法、技巧，難點則得以破解。

光的反射與折射圖形教學策略

問題集結

有關光的反射與折射，教材中共有7個光路圖，在學習了光的反射定律與折射定律后，這7個圖形難度都不算大。但如果在教材圖形的基礎上進行變換，或將反射與折射兩種圖形進行混合，對學生來說難度就大了，這就需要教師在教學中給學生提供做圖解題的技巧和方法。

從動態圖形到混合圖形——逆向辨析

再復雜的圖形都離不開教材中的基本圖形，教師可以試著將復雜的科學問題轉變成學生熟知的簡單問題，使學生找到解題的規律，理解知識的本質內涵。

光的反射與折射混合圖形往往比較復雜，難度較大，通過常規畫圖途徑解答不出，容易讓學生陷入思維的困境。

案例：七（下）科學光學

把一個反射面向上的凹面鏡放在容器內，在凹面鏡的焦點F處放一點光源S，然后在容器內注入水，使水面處于焦點F和凹面鏡之間，要使點光源S射到凹面鏡的光線仍平行射到空氣中，則光源S的位置應（ ）。

A.向F點上方移

B.向F點下方移

C.向F點左側移

D.向F點右側移

上面這道混合圖形，如果正向求解，不確定光源S在哪里，就無法入手，但逆向分析就簡單多了，根據光路可逆性，只要畫出光線從空氣平行射到凹面鏡，反射到水面，再折射到空氣中的光路圖即可。如果沒有水，可知凹面鏡會使平行光束聚于F點，現在由于光從水面折射入空氣中發生折射，會聚于F點下方，得出光源S在F點下方（如圖7）。

凸透鏡成像規律和應用圖形教學策略

問題集結

凸透鏡成像規律的運用中，難題比較集中，很多難題都需要學生進行邏輯推理，對學生分析問題及科學推理能力的要求比較高，有些還要借助數學知識，而初一學生大多數思維能力與數學能力不夠，解題難度較大。

表格文本轉化——變文為圖

讓學生學會將復雜的文字信息轉化為圖形，可以不需要經過復雜的數學推導及演算就能直接找到問題的實質，出奇制勝，能夠更快速、簡便地解答問題。

案例：巧解七（下）科學凸透鏡典型難題

幾位學生分別用A、B、C三塊凸透鏡做成像實驗時，保持物體與凸透鏡的距離相等，得到它們成像的記錄如下表，則三塊凸透鏡的焦距關系正確的是（ ）。

文字轉變圖形求解：先畫主光軸凸透鏡，因物體與凸透鏡的距離相等，說明三支蠟燭的位置一樣，再根據表格中像的性質標出一倍焦點與兩倍焦點的位置，然后從圖中就可以得出答案是D。

邏輯推理常規解法采用逆向思維，需要運用到不等式，初一數學還沒有教不等式的內容，對學生來說難度有點大，導致班級很多學生無法得出正確答案。而圖形直觀、形象、簡明，學生印象深刻，也易于接受。

結語

總之，初一科學光中的學內容重要又抽象，很多重難點問題與圖形息息相關，圖形很多時候可以替代記憶、思維的功效，有時還可以避免不必要的計算與推理，因此靈活運用圖形教學策略可以達到化繁為簡、變難為易的目的，讓學生最終愛上科學。