8-6_學(xué)生實驗：探究凸透鏡成像

1、第六節(jié) 學(xué)生實驗：探究凸透鏡成像通州區(qū)梨園中學(xué)白曉豫一、指導(dǎo)思想與理論依據(jù)本教學(xué)設(shè)計以學(xué)生終身發(fā)展為木，以提高全體學(xué)生科學(xué)索養(yǎng)為口標(biāo)，為每個學(xué)生 學(xué)習(xí)與發(fā)展提供機會，關(guān)注學(xué)生的個體差異，使每個學(xué)生都得到發(fā)展為教學(xué)理念。將 科學(xué)探究作為物理教學(xué)的主要教學(xué)方法，讓學(xué)生經(jīng)歷探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，培養(yǎng) 其創(chuàng)新精神和實踐能力。二、教學(xué)背景分析1教學(xué)內(nèi)容分析探究凸透鏡成像規(guī)律是初中光學(xué)部分的重中之重，呈現(xiàn)規(guī)律較多，變化相對復(fù)雜。 從能力要求來看，對學(xué)生的抽彖思維能力、探究實驗設(shè)計能力、動手能力以及測量能 力、分析和歸納能力都是一個考驗，是-個完整的探究題從以往的教學(xué)經(jīng)驗來看, 要想讓學(xué)生自主探究，得到科

2、學(xué)結(jié)論是一件很難的事情。從知識結(jié)構(gòu)上看，本節(jié)課是對光的折射現(xiàn)象的進一步延伸和細化。通過凸透鏡對 光的作用，將折射“現(xiàn)象”順利地過渡到實際“應(yīng)用”，有承上啟下的作用。內(nèi)容相 對較多，如果成像規(guī)律呈現(xiàn)得不夠清楚的話，會顯得很繁雜。2. 學(xué)生情況分析按照教科書章節(jié)順序，本課應(yīng)在八年級卜學(xué)期進行學(xué)習(xí)。本節(jié)是八年級課程的一 個大探究，此時初中學(xué)生雖然有了一定的觀察能力、實驗?zāi)芰退季S能力，但分析判 斷能力還不成熟，在短時間內(nèi)還不能完全自主地設(shè)計實驗，在探究學(xué)習(xí)中完全放手、 束縛太多都不現(xiàn)實。因此實際教學(xué)屮還是需要采取以導(dǎo)為主的策略，及時向?qū)W生展示 正確的操作規(guī)范，及時給予學(xué)生必要的指導(dǎo)。鼓勵學(xué)生參與設(shè)計

3、實驗方案，掌握解決 問題的方法和途徑。3. 教學(xué)方式采用以實驗和探究活動為主的教學(xué)方式。4. 教學(xué)手段以小組實驗探究為主，多媒體輔助教學(xué)。5. 前期教學(xué)狀況、問題、對策等研究及技術(shù)準(zhǔn)備從以往教學(xué)經(jīng)驗來看，教學(xué)的主耍困難有五個：本節(jié)需要完成的內(nèi)容相對較多，同時要求充分體現(xiàn)探究精神。倘若學(xué)生基礎(chǔ)薄 弱，那么設(shè)計教學(xué)方案時由于課堂時間有限而導(dǎo)致的問題就會很突出。(2) 蠟燭成像不夠理想，火焰搖擺不定，成像模糊，不利于學(xué)生觀察判斷，同時桌 面上很容易滴上蠟液，不容易清潔。(3) 現(xiàn)有成套的光具座在測量物距和像距時需要進行簡單的計算，雖然不是菲常困 難，但對于后進生來說容易產(chǎn)生負面影響，對于新知識的學(xué)習(xí)

4、制造了一定的障礙。(4) 物和像的人小全靠眼睛觀察比較，無法量化，不利于科學(xué)地得到結(jié)論。(5) 由于時間有限，探究不夠充分，成像規(guī)律呈現(xiàn)得不明顯，結(jié)論的得出難免有些 牽強。如果學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，教學(xué)設(shè)計實效性不夠的話，以上五點困難可能同時存在?；谝陨弦蛩?，首先考慮對器材進行改造，爭取把器材對學(xué)生探究產(chǎn)生的不利影 響降至最小，然后再設(shè)計合理的教學(xué)方案。具體做法是：(1) 用發(fā)光二極管組成l型發(fā)光體，代替蠟燭，其優(yōu)點是物體特征明顯，成像清晰 穩(wěn)定，節(jié)能環(huán)保(見圖一)。(2) 在發(fā)光二極管的載板和光屏上打上等大的小格，使物體和實像的大小可以量 化，使探究更真實可信、更科學(xué)(見圖一、二)。(3) 將光具

5、座上的固定標(biāo)尺拆卜，兩邊安裝鋼卷尺，優(yōu)點是零刻線可以隨凸透鏡的 位置移動，物距和像距可直接測量，無須換算，同時，能移動的標(biāo)尺也活化了學(xué)生的思維，能在近lm的范圍內(nèi)調(diào)整物距和像距(見圖三)。ishn昌n旦圖二圖三圖一(4) 探究實驗時間有限，探究的范i韋i難免不足，為體現(xiàn)整體結(jié)論的嚴謹，采用光路 解析法輔助教學(xué)。(5) 制訂合理的教學(xué)策略，將教學(xué)重點落在引導(dǎo)學(xué)生進行有效探究的過程上，不主 張由學(xué)生完全自主地探究規(guī)律。教學(xué)以導(dǎo)為主，以學(xué)生為主體，觀察實驗為基礎(chǔ)，用 實際圖形展現(xiàn)成像規(guī)律，讓學(xué)生容易從中總結(jié)規(guī)律，并能感受到規(guī)律的科學(xué)與嚴謹。 力圖讓學(xué)生在探究的全過程屮受到啟發(fā)和感悟，體會到一主的探究

6、方法和探究精神， 從而得到思維能力上的提升。三、教學(xué)目標(biāo)1. 知識與技能(1) 知道凸透鏡成倒立縮小實像、倒立放大實像、止立放大虛像的條件。(2) 能使用光具座進行研究，進一步認識實像、虛像的異同。2. 過程與方法(1) 經(jīng)歷探究凸透鏡成像規(guī)律的過程，逐步提高分析問題的能力，提高收集、處理 數(shù)據(jù)的能力，初步提高分析證據(jù)、概括規(guī)律的能力。(2) 在探究過程屮能對實驗方案進行評價，對不正確或有疑問的結(jié)果能產(chǎn)生質(zhì)疑， 使探究計劃和步驟能有序科學(xué)地進行。3. 情感、態(tài)度與價值觀在探究過程中，體會到學(xué)習(xí)透鏡成像帶來的樂趣，領(lǐng)略到科學(xué)規(guī)律美、現(xiàn)象與內(nèi) 在原理的統(tǒng)一-美。四、教學(xué)重點和難點1 .教學(xué)重點凸透

7、鏡成像規(guī)律的實驗探究。2.教學(xué)難點(1) 制訂合理的探究計劃。(2) 分析實驗數(shù)據(jù)，并總結(jié)出凸透鏡成像的條件。五、學(xué)習(xí)資源和教學(xué)流程圖1. 教學(xué)資源準(zhǔn)備改進后的二極管發(fā)光體、大光屏，光具座（標(biāo)尺已改造）、/=10 cm ini透鏡一只、 f=5 cm凸透鏡一只。2. 教學(xué)流程圖d eabc ii50403()201001(/ ：,20304045 cm/=10 cm.jtii a該圖是學(xué)生實驗結(jié)果的記錄圖形形象直觀，規(guī)律易成像。六、教學(xué)過程教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖引入新知1. 提問學(xué)生在家玩凸 透鏡都發(fā)現(xiàn)了什么？2. 讓學(xué)生用實驗桌上 的器材重現(xiàn)在家玩耍的情 況。1 講述自己在 家玩凸

8、透鏡時的 發(fā)現(xiàn)。2 利用教師提 供的器材重現(xiàn)自 己的發(fā)現(xiàn)。1.提前給學(xué)生每 人一只凸透鏡回家 玩耍，給學(xué)生游戲和 發(fā)現(xiàn)的機會。2.將具體情境轉(zhuǎn)化為 實驗?zāi)Ｐ?，體現(xiàn)物理 研究方法。情境再現(xiàn)過程能夠發(fā) 現(xiàn)學(xué)生認識不足和操作問 題，方便教師進行明確和認識與矯正明確虛像與實 像，規(guī)范儀器操 作。矯正。1 教師檢查學(xué)生重現(xiàn) 在光屏上的“像”，提出如 何確定像的辦法。明確實 像概念。1明確什么是實 像，怎么去承接。1.培養(yǎng)學(xué)牛-嚴謹 的探究態(tài)度，樹立遵 守探究規(guī)則的意識。2 矯正學(xué)生使用光貝 座時的不當(dāng)之處。明確： 發(fā)光體的中心、凸透鏡的 光心和光屏的屮心，應(yīng)在 同一高度的一條直線上。 強調(diào)在光具座上如何

9、找到 清晰實像的辦法。明確物 距和像距的概念。2.知道如何 正確使用光具座 上的組合，較快 較準(zhǔn)確地找到實 像。2 明確虛像與實 像，糾正學(xué)生認為不 清楚的像就是虛像 的錯誤認識。3示范儀器操作 要點及規(guī)范。3.讓學(xué)生再找找看。3.找到真止的實 像。4 學(xué)生實際悄況決定 了實驗前的充分準(zhǔn) 備的必要性。探究：10 cm焦 距凸透鏡成實像從學(xué)生光屏上呈現(xiàn)大大 小小的實像，自然引發(fā)問學(xué)生相互看看彼 此成的實像有什的大小與物距的 關(guān)系第一次探究題：大家觀察一下自己得 到的像有什么特點？l讓學(xué)生將調(diào)整后的像保留，讓大家互相交流。么不同?口然引發(fā)問題。2 .教師提出，為什么大 家用的都是10 cm焦距的

10、相同規(guī)格的凸透鏡，卻在 光屏上得到大小不同的像 呢？觀察：焦距相同 時，實像的大小 與什么因素有 關(guān)。探究：10 cm焦 距凸透鏡成實像 的大小與物距的 關(guān)系第一次探究3引出探究題目：在光 屏上能夠接到的像（實像） 的大小與物距有什么關(guān) 系。讓學(xué)生猜想。4. 向?qū)W生征集探究方 案，提出物距的測量和像 的大小測量問題。5. 進一步明確改變物 距時的選“點”問題。6. 提供物距和像距的 測量方法（介紹標(biāo)尺的使 用）和對實像大小的測量 方法。7. 向?qū)W生明確附加測 量項h，明示與題h沒有 必要的關(guān)聯(lián)，是教師的附 加項8 .學(xué)生實驗。9 .教師在代表研究凸 透鏡成像的圖形上畫出物 體的位置和人小。學(xué)生

11、匯報實驗結(jié)果，教師 記錄在圖形上，并同時向 學(xué)生詢問數(shù)據(jù)是否有人的就教師的問題提 出自己的猜想。設(shè)計探究方案。教師引導(dǎo)學(xué)生說 出口己的探究方 法。看看物距取 多少合適。聽聽教師介紹測 量物距和像距的 方法和測量像的 大小的方法。明確教師附加的 測量項目。開始實驗。向教師匯報這樣設(shè)計探究問 題的意圖是：針對性 強，能夠有效降低學(xué) 生設(shè)計探究實驗的 思維強度。與學(xué)生直接對話 討論，能有效地向全 體學(xué)生傳達探究的 意義、程序和方法。學(xué)生還會形成其 他的方案，可根據(jù)器 材準(zhǔn)備情況取舍，但 應(yīng)該及時予以表揚 和鼓勵，增進師生情 感交流。明確附加項目， 是要增強學(xué)生對測 量要求和題口的對 應(yīng)意識。巡視時及

12、時指 導(dǎo)，及時作圖，可以 節(jié)省錄入時間。層進式的分析數(shù)據(jù), 可以讓學(xué)生思路更出入。解釋小的差異是由 于儀器自身原因和人對像 的判定差異引起，可以允 許。實驗結(jié)果。清晰，數(shù)理能力弱的 學(xué)生容易跟上。數(shù)據(jù)差異不要有意 冋避，是教育的機 會。探究10 cm焦距 凸透鏡成實像的 大小與物距的關(guān) 系第二次探究1如果數(shù)據(jù)合理，就組 織學(xué)生分析數(shù)據(jù)分布的問 題，提岀現(xiàn)象變化較明顯 的位置應(yīng)該增加選“點” 的密度，與學(xué)生協(xié)商插入 合理的補充“點”。展開第 二次探究。2 再次實驗，補充數(shù)據(jù)。學(xué)生分析數(shù) 據(jù)點的分布是否 還需要補充。討論，插入補 充的數(shù)據(jù)點。再實驗。二次探究，和學(xué) 生分析數(shù)據(jù)補充的 必要性，是提高

13、學(xué)生 認識的好機會。成實像時：物距 的最小值是否可 以小于或等于焦 距1.針對數(shù)據(jù)和圖形提 岀問題：我們發(fā)現(xiàn)u趨于 /時，找不到實像了，是 器材和空間的限制，還是 確實沒有實像？2 教師協(xié)助檢驗。成實像時物 距的最小值是否 可以小于或等于 焦距。成實像時物距的 最小值收到器材和 實驗的空間限制（需 要很長的像距）,由 教師協(xié)助推理。探究：10 cm焦 距凸透鏡成實像 的大小與物距關(guān) 系結(jié)論1提示一定要針對探 究問題得到相應(yīng)的結(jié)論。2.實驗結(jié)論：成實像 時，物距越小，像距越大， 像越大。觀察圖形呈現(xiàn)的 規(guī)律，得到結(jié)論。1. 數(shù)據(jù)的觀察和分 析，主要培養(yǎng)學(xué)生的 歸納能力。2. 向?qū)W生傳遞結(jié)論的 高

14、針對性和嚴謹性。探究過程中能發(fā) 現(xiàn)的探究題目外 的新規(guī)律能否發(fā)現(xiàn)新規(guī)律？1.成實像時,u>f。2 實像皆倒立。32f大致是實像大小的分 界點、，u>2f成縮小的像， u<2f成放夫的像。4.u>2f 時，2f>v>fo2/>w>/nj-, v>2f（可略）。題外的新發(fā)現(xiàn)1. 成實像時，物距 越小，像距越人。2. 成實像時，“ f。3 實像皆倒立。4 芳大致是實像 大小的分界點。u>2f成縮小的題目外的發(fā)現(xiàn)是 新發(fā)現(xiàn)，學(xué)生要清 楚。這也是對完整成像，u<2f成放大 的像。像規(guī)律的補充。利用光路圖做的幾何補充簡易實驗的幾何補 充。再

15、次明確成實像的規(guī) 律。看教師的補 充，體會知識的 嚴謹和科學(xué)的規(guī) 律美、統(tǒng)一美。幾何補充是對結(jié) 論嚴謹負責(zé)的表現(xiàn)。 同時可以加強學(xué)生 對特殊光線作用的 理解和對規(guī)律的記 憶。但不強求學(xué)生完 全理解，是一種科學(xué) 態(tài)度的傳遞。物距小于焦距時 什么都得不到 嗎？1 引導(dǎo)學(xué)生到物的另 一側(cè)去觀察。2. 明確時成正立 放大的虛像。3. 光路解釋。1. 物體同側(cè)觀察 物體，看到放大、 正立的虛像2. 看光路圖輔助 說明?？偨Y(jié)成虛像時， u<f成正立、放人的 虛鼠規(guī)律完整呈現(xiàn)用動畫演示物距由校遠處 （遠大于曠）向凸透鏡光 心靠近過程中的成像特 點。觀看動畫。對三個區(qū)域和兩個 特殊點做全景式小 結(jié)。規(guī)律

16、是否具有普 遍性？1 用/=5cm凸透鏡驗 證：選物距為16 cm,應(yīng) 該成什么樣的像，驗證一 下。2.有普遍性（大量事實 證明結(jié)論是普遍適用）。1驗證：u> 曠成倒立、縮小 的實像2.明確前面的 規(guī)律有普遍性。f=5 cm 與/=10 cm同時進行實驗， 由于學(xué)生學(xué)習(xí)物理 時間短，能力有限， 只能用不同焦距的 凸透鏡來驗證規(guī)律， 來突出規(guī)律的普遍 性。/=10cm 和/=5 cm的凸透鏡，u =16 cm,卻有不 同性質(zhì)的像，又 能引發(fā)什么樣的 思考？對比/=10cm,比=16 cm,成倒立、放人的實像；f=5cm, u = 16cm,成 倒立、縮小的實像。說明：成像的性質(zhì)不但與 物距

17、有關(guān)，還與焦距有關(guān)， 故此只有將物距和像距結(jié) 合才能確定像的性質(zhì)。1.思考像的 性質(zhì)述和什么因 索有關(guān)。2 .感受到結(jié)論 的嚴密與必然。物距相同可以 得到不同性質(zhì)的像， 說明凸透鏡成像規(guī) 律還與焦距有關(guān)。是 對以上規(guī)律內(nèi)在因 素的有力詮釋。忽北京師范大學(xué)出版集團 冬天參 ocuho noamm umvtrsity 貝gaoup y/北京聽范大學(xué)出叔社現(xiàn)在的學(xué)習(xí)不再是單純的知識學(xué)習(xí)了， 探究思維的培養(yǎng)和理念方法上的熏陶顯得越 來越重要。給學(xué)生的結(jié)束語1 我們用儀器重現(xiàn)現(xiàn)實生活中的情 景，實際是物理學(xué)常用的方法，即建立 研究模型。2.細致的研究要盡可能數(shù)字化，成長 的過程中，理性的東西會越來越多。

18、3 .分析問題或數(shù)據(jù)，首先要用表格有 條理地記錄，盡可能地將其圖像化。七、學(xué)習(xí)效果評價設(shè)計1. 學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價(檢測練習(xí))(1) 小陽將蠟燭、焦距為20 cm的凸透鏡和光屏放入光具座屮進行實驗。當(dāng)物距u=18 cm時，在光屏上看到清晰的像是倒立、的實像。(2) 小陽要用該凸透鏡觀察課本中的文字，若想看到正立、放人的像，則凸透鏡到文字的距離不能超過cmo2. 教師自身教學(xué)效果的評價(1) 從學(xué)生知識掌握過程來看，相比以往輕松多了，實驗的科學(xué)性和對學(xué)生的說服 力都有明顯增強。(2) 從學(xué)生掌握知識的結(jié)果來看，知識的活性明顯增高。對規(guī)律的認識清晰，處理 具體問題靈活，不用死記硬背五個區(qū)間的成像情況，教學(xué)效果良好。八、教學(xué)設(shè)計的特點1 .讓學(xué)生提前一犬拿凸透鏡回家去玩，提倡從生活中