《凸透鏡成像規律》教學策略初探

劉建娟

【摘 要】探究凸透鏡成像規律實驗是初中學生遇到的第一個內容繁多、關系復雜、結構嚴謹的物理實驗。實驗的器材、操作、規律、應用均為中考的熱點和難點。在一定的情景下，通過教師的優化創設及同學間的互助協作進行意義建構，能有效促進學生對新知識的同化、順應和遷移，有效提高學生的自主探究和總結歸納能力。

【關鍵詞】學習需求;一維空間;動態旋轉;移動速度對比;特殊位置;理論回歸;規律的顯化和內化

一、創設真實情景，產生真實的學習需求——“成像”的引入

強烈的學習需要強烈的學習動機，在創設教學情景時，教師應盡可能地創設貼近學生生活的情景。在真實的情景中激發學生的求知欲，對主題進行意義建構。

導入新課可從凸透鏡成像規律的應用開始，讓學生親身觀察影儀、照相機和放大鏡所成放大、縮小、正立、倒立的像，而這些像竟然都是凸透鏡所成，這無疑會大大激發學生的好奇心，急于明白成像與哪些因素有關。這時，學生會用凸透鏡對物體進行有意觀察，看到各種類型的像，由學生總結匯報“同一只凸透鏡在什么情況下成倒立的像，什么情況下成倒立的像”，得出：觀察到的像與物體和凸透鏡之間的距離有關。

二、工欲善其事，必先利其器——對“器材”的研究

建構主義教學理論認為，學生通過探索發現主動建構的知識體系比通過教師傳授所建立的知識體系更具有穩定性和外延性。從日常觀察到有目的、有意識、系統性的研究，其關鍵是光屏和光具座的引入。

探究凸透鏡成像規律，我們為什么需要光具座和光屏呢？研究的需要決定器材的需要，光具座的引入可解決三個問題：

1.將實驗器材和實驗操作限定于一維空間范圍，便于改變物體、透鏡和光屏的位置，降低實驗難度。

2.方便準確讀出物距和像距。傳統光具座將零刻度線定在光具座最左端，不便于直接讀出物距和像距，可用兩把刻度尺拼接成能移動的“活尺”，“活尺”的零刻度線對準凸透鏡的基線，整個尺子可以隨凸透鏡移動在光具座上滑動。

3.在光具座一維限度上可方便標記出一倍焦距、兩倍焦距等特殊位置。

光屏的引入也有兩個目的：一、準確確定像的位置。眼睛直接看實像或者虛像時不能確定像的位置，借助光屏可確定像的準確位置。二、確定像的大小。眼睛所看像的大小與眼睛與像的距離有關，不能準確反映像的大小，也不能準確比較像和物的大小關系。為了準確比較，需用光屏準確反映像的大小，為提高比較的準確性，可在光屏上貼方格紙。? ? ? ? 實驗中要比較像與物的大小關系、倒立關系和移動速度關系，其中倒立關系又包括上下、左右、旋轉。實驗物體的選擇，教師應循序漸進地引導學生通過分析和比較，不斷地優化設計。

燭焰的缺陷：燭焰為立體物體易晃動，不能準確測定物距。燭焰的大小不穩定，不便于準確比較像與物的大小，也不能完成像和物之間的旋轉研究。蠟燭在燃燒過程中會變短，燭焰中心、凸透鏡中心和光屏中心的共軸性發生變化，故實驗中不宜選用蠟燭。

目前教學中一般采用由發光二極管組成的字母“F”，但它只能完成像與物的上下、左右的靜態對比，無法完成像與物的動態研究。

建議采用裝有驅動軟件的LED電子顯示屏作為發光體，顯示屏上的文字顯示既可設為靜態，也可從左至右、從右至左，從上至下、從下至上，順、逆時針的動態旋轉。顯示屏的發光體所成的像更清晰、穩定，便于準確比較像與物的大小關系，提高實驗的準確性，有利于學生順利的歸納凸透鏡成像規律。電子顯示屏可設定的文字移動速度，與像的移動速度做對比，可加深對凸透鏡成像規律的學習內容。

實驗中器材的選擇、實驗對象的不斷優化，應讓學生在學習活動中發現、。教師應作為探究過程的引導者和啟發者，學生對知識主動的構建，才是真正有效的構建，才能促進知識的有效內化。

三、理論和實驗并行，由顯化至內化——“成像規律”的教學

學生一般難以順利歸納出成像規律，只能死記硬背、生搬硬套，原因主要是：規律中概念多、變量多、實驗操作難度大、初中生對數據信息的處理能力弱。通過多年的摸索，對數據處理和總結規律，本人提出了如下建議：

1.重視特殊位置的研究。在凸透鏡成像規律中一倍焦距、二倍焦距是重要的分界點。學生充分認識到兩個特殊位置的分界作用，才可能順利歸納出成像規律。如何讓學生主動意識到兩個位置的特殊性呢？對于不善邏輯思維和抽象思維的初中生而言，應采用具體直觀的教學方法。具體方法如下：

在“活尺”的下半部分貼上白紙條，將成縮小實像時物體和像的位置用紅色水筆記錄在紙條上，依次標記為“A”“a'”“B”“b'”“C”“c'”……將成放大實像時物體和像的位置用藍色水筆記錄在紙條上，依次標記為“D”“d'”“E”“e'”“F”“f'”……這樣可將多次成像的位置做對比，學生會意識到凸透鏡成像時，物體和像的位置存在區域界限的劃分，并且一倍焦距、二倍焦距是劃分點。

2.重視理論推理——對特殊成像的研究。在實驗操作中，學生一般不會注意等大的實像。對倒立等大實像的教學，可采用先理論推導后實驗驗證的方法。

實驗中當物體從兩倍焦距以外的向兩倍焦距移動時，像是連續縮小的，物體在兩倍焦距和一倍焦距之間移動時，像連續放大。像的大小不會突變，而是連續變化。引導學生猜想：有沒有等大的像？學生的猜想通常是肯定的，追問：物體在什么位置成等大的像？由于之前特殊位置的鋪墊，學生容易猜出在二倍焦距處。

當物體在二倍焦距處時，在異側二倍焦距附近都可呈現比較清晰的像，實驗誤差較大。這些誤差對學生順利歸納規律造成了很大干擾，教師應通過演示實驗驗證猜想。

教師的教學過程中傳授的不僅是知識，更要傳授理探究問題的思路和方法，讓學生經歷知識的形成過程，使教學順序與知識序和學生的認知順序相吻合。

3.規律內化的有效方法——直觀化、形象化過程。

初中生難以掌握凸透鏡成像規律的另一個重要原因是規律的呈現方式，一般的呈現方式是：

教學實踐表明：初中生并不擅長記憶復雜的表格，將規律以表格形式呈現，不僅會增加學生的心理負擔，而且使他們對規律產生畏懼感。

美國學者哈拉里這樣強調形象的重要性，他說：“千言萬語不及一張圖。”記憶形象的物體比記憶抽象的名詞概念效果要好，而且形象越生動，記憶效果越好。為了降低學生的認知負擔，有效促進凸透鏡成像規律的內化，教師應盡量采用直觀形象的方式，使抽象的規律形象化起來，使枯燥、困難的記憶過程變得簡單有趣起來。

那么如何將抽象的規律形象化呢？我的辦法是為“看一看”與“做一做”兩種方法。所謂“看一看”是指用Flash軟件將抽象的成像規律制作成形象生動的動畫，然后為學生多次播放，給學生留下生動、完整的畫面。

所謂“做一做”是指教師可布置學生家庭實驗作業，讓學生利用生活中橡皮泥、火柴、吸管、塑料、泡沫等物品，動手制作光具座、物體和各種類型的像。在光具座上移動物體，在另一側的相應區間內移動像并改變像的大小。實踐表明，兩種方法可有效加深學生對成像規律的理解和記憶，調動學生學習的積極性，增加學習的趣味性。

通過觀察、猜想、設計、分析、綜合、歸納，發現有關物理量之間的必然關系，讓學生經歷真實、完整的探究過程。在有效的構建中，促進知識的內化，從而真正地掌握規律。在獲得知識的同時，使學生逐漸掌握物理研究問題的方法，保護并調動其學習興趣，使之獲得成功感和愉悅的心理體驗。