《凸透镜成像规律》教学策略初探

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　　【摘 要】探究凸透镜成像规律实验是初中学生遇到的第一个内容繁多、关系复杂、结构严谨的物理实验。实验的器材、操作、规律、应用均为中考的热点和难点。在一定的情景下，通过教师的优化创设及同学间的互助协作进行意义建构，能有效促进学生对新知识的同化、顺应和迁移，有效提高学生的自主探究和总结归纳能力。
　　【关键词】学习需求;一维空间;动态旋转;移动速度对比;特殊位置;理论回归;规律的显化和内化
　　一、创设真实情景，产生真实的学习需求——“成像”的引入
　　强烈的学习需要强烈的学习动机，在创设教学情景时，教师应尽可能地创设贴近学生生活的情景。在真实的情景中激发学生的求知欲，对主题进行意义建构。
　　导入新课可从凸透镜成像规律的应用开始，让学生亲身观察影仪、照相机和放大镜所成放大、缩小、正立、倒立的像，而这些像竟然都是凸透镜所成，这无疑会大大激发学生的好奇心，急于明白成像与哪些因素有关。这时，学生会用凸透镜对物体进行有意观察，看到各种类型的像，由学生总结汇报“同一只凸透镜在什么情况下成倒立的像，什么情况下成倒立的像”，得出：观察到的像与物体和凸透镜之间的距离有关。
　　二、工欲善其事，必先利其器——对“器材”的研究
　　建构主义教学理论认为，学生通过探索发现主动建构的知识体系比通过教师传授所建立的知识体系更具有稳定性和外延性。从日常观察到有目的、有意识、系统性的研究，其关键是光屏和光具座的引入。
　　探究凸透镜成像规律，我们为什么需要光具座和光屏呢？研究的需要决定器材的需要，光具座的引入可解决三个问题：
　　1.将实验器材和实验操作限定于一维空间范围，便于改变物体、透镜和光屏的位置，降低实验难度。
　　2.方便准确读出物距和像距。传统光具座将零刻度线定在光具座最左端，不便于直接读出物距和像距，可用两把刻度尺拼接成能移动的“活尺”，“活尺”的零刻度线对准凸透镜的基线，整个尺子可以随凸透镜移动在光具座上滑动。
　　3.在光具座一维限度上可方便标记出一倍焦距、两倍焦距等特殊位置。
　　光屏的引入也有两个目的：一、准确确定像的位置。眼睛直接看实像或者虚像时不能确定像的位置，借助光屏可确定像的准确位置。二、确定像的大小。眼睛所看像的大小与眼睛与像的距离有关，不能准确反映像的大小，也不能准确比较像和物的大小关系。为了准确比较，需用光屏准确反映像的大小，为提高比较的准确性，可在光屏上贴方格纸。        实验中要比较像与物的大小关系、倒立关系和移动速度关系，其中倒立关系又包括上下、左右、旋转。实验物体的选择，教师应循序渐进地引导学生通过分析和比较，不断地优化设计。
　　烛焰的缺陷：烛焰为立体物体易晃动，不能准确测定物距。烛焰的大小不稳定，不便于准确比较像与物的大小，也不能完成像和物之间的旋转研究。蜡烛在燃烧过程中会变短，烛焰中心、凸透镜中心和光屏中心的共轴性发生变化，故实验中不宜选用蜡烛。
　　目前教学中一般采用由发光二极管组成的字母“F”，但它只能完成像与物的上下、左右的静态对比，无法完成像与物的动态研究。
　　建议采用装有驱动软件的LED电子显示屏作为发光体，显示屏上的文字显示既可设为静态，也可从左至右、从右至左，从上至下、从下至上，顺、逆时针的动态旋转。显示屏的发光体所成的像更清晰、稳定，便于准确比较像与物的大小关系，提高实验的准确性，有利于学生顺利的归纳凸透镜成像规律。电子显示屏可设定的文字移动速度，与像的移动速度做对比，可加深对凸透镜成像规律的学习内容。
　　实验中器材的选择、实验对象的不断优化，应让学生在学习活动中发现、。教师应作为探究过程的引导者和启发者，学生对知识主动的构建，才是真正有效的构建，才能促进知识的有效内化。
　　三、理论和实验并行，由显化至内化——“成像规律”的教学
　　学生一般难以顺利归纳出成像规律，只能死记硬背、生搬硬套，原因主要是：规律中概念多、变量多、实验操作难度大、初中生对数据信息的处理能力弱。通过多年的摸索，对数据处理和总结规律，本人提出了如下建议：
　　1.重视特殊位置的研究。在凸透镜成像规律中一倍焦距、二倍焦距是重要的分界点。学生充分认识到两个特殊位置的分界作用，才可能顺利归纳出成像规律。如何让学生主动意识到两个位置的特殊性呢？对于不善逻辑思维和抽象思维的初中生而言，应采用具体直观的教学方法。具体方法如下：
　　在“活尺”的下半部分贴上白纸条，将成缩小实像时物体和像的位置用红色水笔记录在纸条上，依次标记为“A”“a'”“B”“b'”“C”“c'”……将成放大实像时物体和像的位置用蓝色水笔记录在纸条上，依次标记为“D”“d'”“E”“e'”“F”“f'”……这样可将多次成像的位置做对比，学生会意识到凸透镜成像时，物体和像的位置存在区域界限的划分，并且一倍焦距、二倍焦距是划分点。
　　2.重视理论推理——对特殊成像的研究。在实验操作中，学生一般不会注意等大的实像。对倒立等大实像的教学，可采用先理论推导后实验验证的方法。
　　实验中当物体从两倍焦距以外的向两倍焦距移动时，像是连续缩小的，物体在两倍焦距和一倍焦距之间移动时，像连续放大。像的大小不会突变，而是连续变化。引导学生猜想：有没有等大的像？学生的猜想通常是肯定的，追问：物体在什么位置成等大的像？由于之前特殊位置的铺垫，学生容易猜出在二倍焦距处。
　　当物体在二倍焦距处时，在异侧二倍焦距附近都可呈现比较清晰的像，实验误差较大。这些误差对学生顺利归纳规律造成了很大干扰，教师应通过演示实验验证猜想。
　　教师的教学过程中传授的不仅是知识，更要传授理探究问题的思路和方法，让学生经历知识的形成過程，使教学顺序与知识序和学生的认知顺序相吻合。
　　3.规律内化的有效方法——直观化、形象化过程。
　　初中生难以掌握凸透镜成像规律的另一个重要原因是规律的呈现方式，一般的呈现方式是：
　　教学实践表明：初中生并不擅长记忆复杂的表格，将规律以表格形式呈现，不仅会增加学生的心理负担，而且使他们对规律产生畏惧感。
　　美国学者哈拉里这样强调形象的重要性，他说：“千言万语不及一张图。”记忆形象的物体比记忆抽象的名词概念效果要好，而且形象越生动，记忆效果越好。为了降低学生的认知负担，有效促进凸透镜成像规律的内化，教师应尽量采用直观形象的方式，使抽象的规律形象化起来，使枯燥、困难的记忆过程变得简单有趣起来。
　　那么如何将抽象的规律形象化呢？我的办法是为“看一看”与“做一做”两种方法。所谓“看一看”是指用Flash软件将抽象的成像规律制作成形象生动的动画，然后为学生多次播放，给学生留下生动、完整的画面。
　　所谓“做一做”是指教师可布置学生家庭实验作业，让学生利用生活中橡皮泥、火柴、吸管、塑料、泡沫等物品，动手制作光具座、物体和各种类型的像。在光具座上移动物体，在另一侧的相应区间内移动像并改变像的大小。实践表明，两种方法可有效加深学生对成像规律的理解和记忆，调动学生学习的积极性，增加学习的趣味性。
　　通过观察、猜想、设计、分析、综合、归纳，发现有关物理量之间的必然关系，让学生经历真实、完整的探究过程。在有效的构建中，促进知识的内化，从而真正地掌握规律。在获得知识的同时，使学生逐渐掌握物理研究问题的方法，保护并调动其学习兴趣，使之获得成功感和愉悦的心理体验。
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