巧用幾何畫板處理《凸透鏡成像規律》的教學難題

摘?要：在蘇科版八年級第四章的《凸透鏡成像規律》這節課的教學過程中，筆者根據對課程改革的理解和對教材、學情的分析，將重點確定為探究凸透鏡成像規律，把難點放在科學探究中實驗數據的處理和分析上。對于實驗探究學生處于起步階段，記錄數據后，分析這些數據歸納得到結論，是學生比較陌生的，因而此處確定為難點。

關鍵詞：凸透鏡;成像;規律

如何有效地采集和處理實驗數據讓學生從眾多數據中分析得出凸透鏡的成像規律，是筆者反復思考的重點。聽數學課后得到一個啟發，是否可以請“幾何畫板”這個數學中的數據處理能手幫忙。

一、教學目標

1. 知識與技能

（1）了解物距u和像距v和焦距f的概念。（2）知道實像與虛像的區別。（3）掌握凸透鏡成像的規律。（4）會運用凸透鏡成像規律解釋一些簡單的現象。

2. 過程與方法

（1）培養探究實踐中根據觀察到的現象初步提出問題、進行合理猜想，并設計實驗進行探究，得出結論的能力。（2）通過探究凸透鏡成像規律的過程，體驗科學研究的過程與方法。（3）學習從物理現象中總結歸納物理規律的方法。

3. 情感、態度和價值觀

（1）具有對科學的求知欲，樂于觀察自然現象和日常生活中的物理現象，勇于實驗探究日常生活現象中的物理學規律。（2）在探究問題的過程中，有克服困難的信心和決心。（3）密切聯系實際，提高科學技術應用于日常生活和社會的能力。

二、教學重點

利用凸透鏡等器材探究凸透鏡成像規律。

三、 教學難點

實驗過程的探索，數據分析和總結規律。

四、教學器材

F光源（2cm×3.5cm）、凸透鏡f=10cm（固定在0cm處）、光屏（間隔1cm方格）、光具座（專門用來研究凸透鏡成像規律的儀器）。多媒體課件（flash、ppt、視頻、幾何畫板）。

五、 教學過程

（一） 創設情境引入新課

1. 學生活動：用凸透鏡來觀察物體成像的情況

①用凸透鏡近距離地看書上的字，②用凸透鏡遠距離地看窗外的風景。

（學生發現：用凸透鏡近距離看到正立、放大的像，用凸透鏡遠距離看到倒立、放大的像和倒立、縮小的像。）

2.凸透鏡成像的不同與什么因素有關？你這樣猜想的根據是什么？

（學生小組討論并猜想：凸透鏡成像可能與物體到透鏡的距離有關）

3.實驗器材如圖1所示：

（二） 設計實驗與制定計劃教學

1.關于實驗提出問題（生生之間展開討論和交流）

（1）凸透鏡、F光源、光屏應按什么順序擺放在光具座上？如何保證像始終能成在光屏中央？

（2）什么是物距、像距和焦距？

（3）如何操作使燭焰的像（清晰明亮）呈現于光屏上？

（4）怎樣改變物距來研究像的性質與物距的關系？

（5）實驗過程中應記錄哪些現象和數據？

2. 學生實驗過程

（1）整體感知：F發光體由遠及近，調整光屏，觀察成像情況。

（2）局部分別實驗。

實驗一：使燭焰在光屏上成倒立、縮小的像，測量并記錄兩次實驗的物距、像距和像高。

實驗二：調整物距，使燭焰在光屏上成倒立、放大的像，測量并記錄兩次實驗物距、像距和像高。

（3）采集數據并分析與論證：能不能得到倒立縮小的實像和倒立放大的實像？能的話，物距、像距又有什么規律？

教師利用課前設計好的“幾何畫板”中的表格采集學生數據，并在畫板中做出相應的物體和像的坐標圖，讓學生觀察分析，歸納總結結論。

幾何畫板收集和處理數據的過程記錄見下圖2和圖3：

設計分析：左側的組別設計是利用幾何畫板中的隱藏/顯示按鈕進行區分多組數據收集，教師可以根據教學需要設置多組數據收集，中間表格中的數據輸入參數分別為物距、像距和像高，以這些參數在代表主光軸上的坐標軸畫圖。因為采集的是實像的原因，設計中坐標軸左側是物距，顯示的是正立等高的箭頭代表物體，實驗中的物體是3.5cm高的F光源，所以物高的參數輸入為3.5。坐標軸右側是用倒立的箭頭表示實驗中的顯示像，用方格紙估讀像高也是為了進一步對比縮小和放大的這兩個凸透鏡的成像特點。為了更好地讓學生觀察和尋找規律分成了兩個界面分別是倒立縮小的實像和倒立放大的實像。

3.學生實驗三：分析實驗數據，你認為在何種情況下可以得到倒立、等大的像？試一試成倒立、等大的像時，物距、像距是多少？換種不同焦距的凸透鏡再試一試，情況還是這樣嗎？測量并記錄這時的物距和像距。

4.學生實驗四：當物距小于焦距時，移動光屏，在光屏上能看到光源成的像嗎？通過透鏡觀察光源，你能看到它的像嗎？這個像是什么樣的特點？你能在光屏上找到這個像嗎？

教師講解：實像和虛像的概念。

5. 觀察實驗：調整物距使u=f，調整光屏，觀察現象。

（三）歸納總結凸透鏡成像特點

學生進一步討論分析和總結規律：

（1）一倍焦距處，是物體成倒立實像還是正立虛像的分界點。

（2）二倍焦距處，是物體成縮小實像還是放大實像的分界點。

（3）……（學生自主生成）

教師可以用Flash動畫展示凸透鏡成像的規律，加深印象。

（四） 拓展延伸

1.小明同學在一次實驗中，不小心選擇了一個被污漬擋住了部分的凸透鏡，你認為此時在光屏上所成的像還是完整的嗎？你準備如何驗證你的想法呢？

2.在實驗過程中，調出一個清晰的縮小的實像，此時保持凸透鏡的位置不變，只將光源和光屏的位置互換，像會如何變化？

3.若選蠟燭作為“凸透鏡成像規律”實驗的光源時，隨著蠟燭燃燒變短，光源上的像如何移動？

4.小結：請學生談一談學習本節課的收獲和體會。

5. 布置作業：完成“探究凸透鏡呈現規律”的探究報告。

6.生活中有哪些東西是利用凸透鏡成像規律工作的，是如何工作的？

六、 教學反思

筆者選用幾何畫板處理分析數據，受數學上的幾何畫板啟發，數據可以選用很多，定位準確，而且形象直觀，學生從多組數據中更容易歸納出來規律。從學生實驗的情況來看，學生探究熱情高，各小組配合默契，實驗數據記錄詳實。在實驗總結歸納時，讓完成的小組去在幾何畫板中輸入數據。因為實驗時要求學生測了實像的像高，更便于和物體進行比較，來觀察縮小倒立的實像和放大倒立實像的物距范圍。用凸透鏡成像動畫向學生展示凸透鏡成像的連續變化規律，形成深刻的印象。通過這些處理很好地解決了學生在這節課上的難點。此次利用這些工具也使筆者收獲頗豐，能夠讓學生們更積極地去尋找解決教學難點的方法。

作者簡介：

李真，中學一級教師，江蘇省常州市，常州市朝陽中學。