淺析科學素養下“探究凸透鏡成像規律”的教學反思

蘇春永

【摘 要】本文通過“探究凸透鏡成像規律”引導學生明白凸透鏡成像情況與物距有關，激發學生科學探究興趣，讓學生經歷產生學習探究興趣、發現問題、激發知識辯證的矛盾、進一步解決問題的學習過程，培養學生的實驗數據分析及論證等能力。

【關鍵詞】凸透鏡;凸透鏡成像規律;物距;蠟燭;科學探究

【中圖分類號】G633.7 ?【文獻標識碼】A ?【文章編號】1671-8437（2021）10-0140-02

引導學生探究凸透鏡成像規律時，教師要引導學生開展因果關系的推理分析，使學生掌握從特殊過程到一般過程，找到普遍的探究科學規律的方法，培養學生正確處理信息的科學能力，激發和提高學生的科學探究素養。教師要引導學生通過科學探究的正確步驟，找到凸透鏡成像規律，真正樹立科學的價值觀。

1 ? 探究凸透鏡成像步驟的教學反思

在八年級物理“探究凸透鏡成像”的教學中，由于剛剛接觸物理，學生在學習時既要背誦一些物理概念和規律，又要開展常規計算，難以產生尋找良好學習方法的興趣。所以在實驗開展前，筆者先讓學生測量本次實驗中凸透鏡的焦距，給學生解說與凸透鏡有關的知識，引導學生用平行于主光軸的燭焰光線射向凸透鏡的中央，當學生在凸透鏡的另一側用光屏承接到一個最小最亮的點時，讓學生再用刻度尺測量這個亮點到凸透鏡光心的距離，即凸透鏡的焦距f。有的學生注意力很集中，可有的學生測量時要么產生錯誤，要么誤差較大。為什么會產生這些錯誤呢？實驗開始時，筆者讓學生在水平桌面上放好光具座，并向學生強調實驗桌水平放置的重要性，接著讓學生在光具座上從左到右依次放置蠟燭、凸透鏡、光屏，引導學生調節凸透鏡和光屏，使凸透鏡和光屏的中心跟蠟燭火焰的中心大致在同一高度。有些學生調節得非常好，可有些學生調節時手忙腳亂，沒有科學對待實驗，沒有真正理解實驗的科學性、嚴謹性。有些學生好奇地問筆者凸透鏡的中心、光屏的中心、燭焰的中心為什么要在同一高度。教學時筆者并沒有告訴學生答案，而是讓學生通過實驗發現這樣做是為了使像能清晰地呈在光屏的中央，便于較好地觀察像的大小。筆者再引導學生固定好凸透鏡在光具座上的位置，使蠟燭位于凸透鏡的2 f以外。在學生移動光屏的過程中，筆者要求學生注意觀察光屏上的成像情況，直到觀察到光屏上出現一個最清晰的蠟燭火焰的像時停止。然后，筆者讓學生仔細觀察此時像的情況，其是一個倒立的火焰，而且是比燭焰小的實像，要求學生仔細測量并記錄好此時的物距u和像距v，把物距、像距與凸透鏡的焦距 f、2 f 比較。之后讓學生移動凸透鏡，使物距u等于二倍焦距，移動光屏，觀察光屏上的成像，其是一個倒立等大的實像，筆者又讓學生測量出此時的物距和像距的大小，思考如何運用此原理測量凸透鏡的焦距。學生的學習積極性有所提高，筆者讓學生繼續使燭焰位于凸透鏡一倍焦距 f 和二倍焦距2 f 之間，同時移動光屏，直到觀察到光屏上出現一個倒立、放大的實像。讓學生繼續探究當物距u等于焦距 f 時在光屏上能否觀察到像，并思考此過程中為什么不能成像？最后讓學生使燭焰位于凸透鏡的焦距 f 以內，移動光屏，學生觀察到此時光屏上得不到像。讓學生撤去光屏，問學生在右邊光屏側可以看到什么。學生回答后，筆者總結，此時應當是正立放大的虛像[1]。

2 ?探究凸透鏡成像規律時學生找不到像的原因教學反思

在探究凸透鏡成像規律時，要調節蠟燭火焰、凸透鏡和光屏的中心，使三者的中心大致在同一高度，以便使像成在光屏的中央?？捎械膶W生探究凸透鏡成像規律時，無論怎么向左或者向右移動光具座上的光屏，燭焰都不能在光屏上成像。這時教師應適當引導學生正確進行科學探究，懂得科學的核心是探究，學習物理就要學會科學探究，了解科學探究的重要性，產生對物理的學習積極性。

讓學生通過實驗探究得知，第一種情況是燭焰、凸透鏡、光屏的中心不在同一高度。實驗中當蠟燭越燃燒越短，光屏上像的位置是會越來越高還是越來越低？探究過程中，學生發現像會越來越高。對于調整的方法有哪些，學生在實驗探究的過程中發現，應當只將光屏向上移動、或者只將蠟燭向上移動、或者只將凸透鏡向下移動。同時學生在實驗探究中可能發現，像在光屏的左側或者右側時應調節什么以及如何進行調節。教師還要引導學生思考如果實驗中不小心摔爛了凸透鏡，而此時沒有備用的凸透鏡，或者是遮住凸透鏡的一部分，成像效果是怎樣的。教師要激發學生的好奇心，通過科學探究，學生發現此時仍會有一個完整的像，只不過沒有原來亮，而是暗了些。

讓學生探究得知，第二種情況是蠟燭到凸透鏡的距離等于凸透鏡一倍焦距或者是在一倍焦距以內。此時教師要讓學生科學探究，積極發揮思維想象。在開展“探究凸透鏡成像”規律時，讓學生明白加近視鏡也就是在燭焰和凸透鏡之間加上一個凹透鏡，因為凹透鏡對光具有發散作用，像距將會變大，像也變大。讓學生繼續探究，如果在燭焰和凸透鏡之間加上遠視鏡，或者說再加一個焦距小的凸透鏡，像會如何變化，學生發現像距變小了，像也要變小。

讓學生探究光屏上不成像的又一個原因，物體和像的距離太大，且大于光具座的長度。讓學生通過探究發現，此時在光屏上無法成像。在開展“探究凸透鏡成像規律”實驗時，讓學生探究近視眼的成因，思考如果用水和塑料袋做水凸透鏡，向塑料袋內注入水時，像會怎么變化。學生會發現注入水后水凸透鏡會變厚，此時凸透鏡對光的折射作用變強，像將成在光屏之前，即遠處的物體的像將成在視網膜之前。此時要使像成在光屏上，應當在燭焰和凸透鏡之間加上一個焦距合適的凹透鏡。

3 ? “探究凸透鏡成像規律”教學總結的反思

凸透鏡對光有匯聚作用，凸透鏡對光的匯聚作用是光通過它的兩側表面時都發生折射時造成的。凸透鏡的焦距長短反映了凸透鏡本身對光的匯聚作用的強與弱，焦距短的凸透鏡對光的匯聚作用強，同時凸透鏡的凸起程度決定了它的焦距的長與短，凸透鏡表面越凸，凸透鏡的焦距就越短，凸透鏡的匯聚能力就越強。教師教學時要讓學生科學探究物理知識，找出適合學生記憶的有關凸透鏡成像的規律，簡單說：“一倍焦距分虛實，二倍焦距分大小。成實像時，物距增大，像距減小，像變小;物距減小時，像距增大，像也變大。成虛像時，物距增大，像距變大，像也變大?！?/p>

反思“探究凸透鏡成像規律”教學中存在的問題以及在未來教學中需要注意的相關問題：①教師上課之前應要求學生有效開展本課的相關預習。唯有準備充足，才可以確保本堂課的順利完成（如：了解探究的核心目的;u、f、v的具體概念;本次探究的核心環節等）。②探究實驗之前，讓學生先將透鏡固定，然后記錄透鏡兩側的一倍、兩倍焦距的位置，充分明確具體范圍，那么在探究時物距范圍就看蠟燭放在哪個范圍，像距就看最后像最清晰時光屏所在的范圍。③整個過程如果教師引導太多，那么留給學生自主探究思考的機會就不多，但讓學生自己探究，他們又不能找到方向，所以教師就要選擇一個合適的收放點[2]。教學過程中要第一時間引導以及啟發學生開展探究活動。如光屏、凸透鏡與蠟燭三者的中心在同一高度，教師要采取信息快遞的方式給出學生操作要求，而不是讓學生思考回答。第一組數據可以在教師的悉心指引下完成，第二組數據可以由小組合作完成，然后再引導學生探究像距和物距的變化規律。④凸透鏡成像規律很抽像，不易直接獲得，教師應盡量在學生分析實驗數據和實驗現象的前提下，將成像光路圖結合起來，讓學生更容易獲得規律。⑤教學過程中要重視培養學生按照實驗現象探究以及總結規律的能力，培養學生的整體能力，進一步傳授學生物理問題的相關研究方法。

【參考文獻】

[1]周秀玲.有限的課堂時間，無限的探究生機——關于《探究凸透鏡成像規律》的課堂新嘗試[J].湖南中學物理，2016（11）.

[2]劉炳昇.通過實驗尋找規律的課堂教學設計——以“探究凸透鏡成像規律”實驗課為例[J].物理之友，2014（4）.