創新物理規律演示儀 培養學生核心素養

邵一充 龐芳 肖天華

摘 ?要 初中物理光學部分有關凸透鏡成像規律的問題較為生澀難懂，學生對于該部分內容運用能力較差。為了解決這一問題，制作凸透鏡成像規律演示儀，使規律可視化，旨在幫助學生通過觀察理解抽象的規律，提高觀察能力、思維能力，培養核心素養。

關鍵詞 物理規律演示儀;物理思維;核心素養;凸透鏡成像

中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）05-0120-03

1 問題提出

凸透鏡成像規律是初中物理光學部分的重要內容（見表1），多數學生在學習此內容時較為吃力，主要存在的問題是課本上內容過于抽象，而學生年齡較小，理解能力欠佳，加之在日常生活中無法直觀觀察，使得多數學生只能機械記憶課本知識，很難對凸透鏡的成像規律有一個深刻的認識。同樣，在其他的光學實驗中也存在較難直接觀察的問題，不利于培養學生的科學探究能力。凸透鏡成像儀器如圖1所示。

2 凸透鏡成像規律演示儀的設計思想與制作過程

材料 ?準備60 cm長、45 cm寬的硬紙板，白紙、細桿、鐵絲、粗筆、直徑3 cm的軸承、馬克筆、硬紙刀、粗吸管。

設計思想與制作過程

1）設計思想。因學生對課程內容的理解較為困難，所以在以往的教學活動中，多數教師直接給出凸透鏡的成像規律，或用投影圖片的形式展示出像與物的大小之比。在這樣的過程中，知識點的傳授過于死板，學生對此往往難以理解，從而出現死記硬背的情況，降低了在今后學習物理的積極性。

凸透鏡成像規律模型教具將知識點視覺化，使知識點以“活”的形式展現在學生面前，通過改變物體到凸透鏡的距離，使兩束光線在凸透鏡的另一側相交，從而使學生直觀判斷出不同物距下所成像的位置和大小。在課堂演示過程中，教師親自動手，根據表1所呈現的規律進行操作，學生即可觀察到不同物距下所得到的像的性質。

該教具使整個變化過程連續起來，化靜為動，將教材內容活靈活現地展示出來，便于學生觀察。同時表明了知識點的來龍去脈，加深學生對知識點的理解，有利于課堂中學生與教師之間的雙向交流，活躍課堂氣氛，激發學生的積極性。

2）制作過程。

①選擇60 cm長、45 cm寬的紙板作為教具的主體。

②在紙板的中心位置做坐標軸的原點，畫出坐標軸。選擇焦距為6 cm的凸透鏡，并在凸透鏡的兩側標出一倍焦距和二倍焦距的位點，如圖2所示。

③選擇用9 cm的紙板并畫上蠟燭來代表光源，并在主體板上掏出光源板的活動槽，以便教師在后方操控活動桿來調節物距的大小，用粗筆來代替活動桿。移動粗筆可使前方代表光源的紙板一起運動，如圖3、圖4所示。

④在整個教具設計中最為重要的地方為中軸的選擇，根據凸透鏡成像原理，必然會有一束光線透過凸透鏡的中心，并且有較大的轉動角。在該模型教具中，選擇用細桿來代替光束，為了讓其能在中軸的位置自由活動，選擇在這個位置加個直徑為3 cm的軸承，并在軸承上安個卡扣，這樣在細桿進退時，卡扣可以完成細桿的左右運動，且同時軸承可以使細桿在平面上靈活轉動，如圖5、圖6所示。

⑤光源位置的設計也比較重要，要求從光源處射出兩束光線，其中一束以平行光的形式射入凸透鏡并發生折射，另一束射入凸透鏡的中心并沿直線再次射出，因此，代表這條光線的細桿應能自由活動。那么，在光源處用鐵絲穿過圓環并連接細桿，使代表光源的紙板活動時，這根細桿也能轉動一定的角度，如圖7、圖8所示。

⑥在教具空白處寫出凸透鏡成像規律，如圖9所示。

3 教具的使用方法及創新之處

教具的使用方法

1）物距大于二倍焦距演示。教師移動紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡二倍焦距位置之外，可動桿與固定桿相交于凸透鏡一倍焦距與二倍焦距之間，成倒立縮小的實像，如圖10所示。

2）物距等于二倍焦距演示。教師移動紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡二倍焦距的位置，可動桿與固定桿相交于凸透鏡二倍焦距處，成倒立等大的實像，如圖11所示。

3）物距在凸透鏡一倍焦距與二倍焦距之間演示。教師移動紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡一倍焦距與二倍焦距之間，可動桿與固定桿相交于凸透鏡二倍焦距之外，成倒立放大的實像，如圖12所示。

4）物距在凸透鏡一倍焦距處演示。教師移動紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡一倍焦距處，可動桿與固定桿平行，此時不成像，如圖13所示。

5）物距小于一倍焦距演示。教師移動紙板后的滑桿，使代表光源的紙板位于凸透鏡一倍焦距位置之內，可動桿與固定桿反向相交于代表光源的紙板同側，成正立放大的虛像，如圖14所示。

創新之處

1）可視性。在課堂教學中，教師運用此教具可將抽象的事物具體化，以連續的動態過程向學生展示不同物距下所成像的大小與位置，利于學生的對比記憶，用一個教具展示多種結論，減少了課堂上多次畫圖的時間，提高了教學效率，并為學生物理思維的構建打下堅實的基礎。

2）體驗性。教師可讓學生仿照該教具自行制作，當學生在課下自己制成教具之后，課堂聽講會更加認真，有利于學習，內心獲得成就感，為以后的物理學習打下堅實的基礎[1]。

3）操作性。學生可以拿自己制作的教具與教師在課堂上一起進行教學活動，通過自己的操作來加深對物理知識的理解。

4）經濟性。該教具造價低廉，對教學條件要求不高，適用于絕大部分地區學校的課堂教學。

4 培養學生核心素養

構建物理觀念 ?教師和學生在一起制作屬于自己且適合自己的教具，本身就具有獨創性，彰顯個性思維，實踐性很強。制作過程也不是一帆風順，有去粗取精、去偽存真的創造性勞動，對于物理觀念的確立和理解始終貫穿創作過程。

滲透物理思維 ?物理學的思維方式具有邏輯性強、專業性高的學科特點，如果沒有這種將抽象的規律直觀化的演示教具，學生將很難理解相關知識。這種演示教具使歸納法和演繹法的物理思維得到充分彰顯。

培養科學態度與責任 ?師生一同在課堂上使用教具進行教學活動，始終堅信只要理念正確，尊重科學原理，就能培養學生的科學態度與責任[2]。

參考文獻

[1]張顏萍.中學物理教具的生活化制作研究[J].中學物理，2018（12）：50-51.

[2]張永斌.假設法分析 逆推法求解：以力學綜合題為例[J].中學物理，2019（9）：73-74.