探究教學(xué)法教案以透鏡成像公式推導(dǎo)為例市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

探究教學(xué)法教案

《以透鏡成像公式推導(dǎo)為例》國立基隆女中張仁壽95年4月20日第1頁第1頁什麼是科學(xué)探究?

科學(xué)探究是一種系統(tǒng)調(diào)查研究活動。目的:在於發(fā)現(xiàn)並描述物體和事物之間關(guān)係。特點:是採用有秩序和可重複過程；簡化調(diào)查研究物件規(guī)模和形式；運用邏輯框架作解釋和預(yù)測。探究操作活動包括:觀察、提問、實驗、比較、推理、概括、表達、運用及其它活動。第2頁第2頁以透鏡成像公式推導(dǎo)為例

推導(dǎo)公式１/ｕ＋１/ｖ＝１/ｆ（ｕ：物距，ｖ：像距，ｆ：焦距）

第3頁第3頁普通慣用教法在教學(xué)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，不少教師只是按照課本順序，以凸透鏡成實像為例，從透鏡成像光路圖出發(fā)，利用光路圖中兩對相同三角形對應(yīng)邊成百分比關(guān)係，推導(dǎo)得到公式１/ｕ＋１/ｖ＝１/ｆ（ｕ：物距，ｖ：像距，ｆ：焦距），然後介紹符號法則，將公式推廣到凸透鏡成虛像及凹透鏡成像情形中。

凸透鏡（實像）u>0v>0f>0凸透鏡（虛像）u>0v<0f>0凹透鏡（虛像）u>0v<0f<0第4頁第4頁優(yōu)缺點這種教法看上去能夠較快地完畢教學(xué)任務(wù)，但是顯得十分生硬。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只是盲目地跟著老師走，不但思維得不到充足訓(xùn)練，連推理基本思想都很難做到真正理解。

第5頁第5頁傳統(tǒng)及創(chuàng)新教學(xué)之間辯論教師角色「臺上智者」（sageonthestage）或「一旁嚮導(dǎo)」（guidebytheside）《只有學(xué)習(xí)確實發(fā)生時，教育才算真正出現(xiàn)》第6頁第6頁學(xué)生疑問「推導(dǎo)透鏡成像公式，(1)你怎麼知道從成像光路圖入手？(2)你又是怎樣想到可用相同三角形對應(yīng)邊成百分比關(guān)係來求解？(3)圖中有那麼三角形，你怎麼知道這兩對相同三角形？(4)你怎麼知道找兩對相同三角形，而不是只尋找一對或三對相同三角形？(5)由凸透鏡成實像特例推導(dǎo)得出關(guān)係式１/ｕ＋１/ｖ＝１/ｆ推展到凸透鏡成虛像情形及凹透鏡成像情形，依據(jù)何在？」

第7頁第7頁『學(xué)問』要「學(xué)」就要「問」『以學(xué)生為中心教學(xué)』知識是建構(gòu)出來而非被動接受心靈模型之轉(zhuǎn)變是非常緩慢提問是非常主要關(guān)切是非常主要第8頁第8頁探究(inquiry)inquiry字源inorinward(在???之中）quaerere(質(zhì)詢、尋找）求索知識或訊息特別是求真活動；是搜尋﹑研究﹑調(diào)查﹑檢驗活動；是提問和質(zhì)疑活動?！杜＝蛴⒄Z字典》第9頁第9頁研究與探究研究：用科學(xué)辦法探求事物本質(zhì)和規(guī)律。《嚴謹、穩(wěn)重、學(xué)術(shù)氣較濃》探究：進一步探討、反覆研究?！队猩鷼狻⒏袆痈?、符合青少年學(xué)生身心特點》第10頁第10頁探究學(xué)習(xí)基本要素提出問題猜想與假設(shè)制定計畫設(shè)計實驗實驗與搜集證據(jù)分析與論證交流合作評估第11頁第11頁（師）設(shè)置情境（生）發(fā)現(xiàn)問題（師生）討論問題在教師引導(dǎo)下通過猜想產(chǎn)生假設(shè)（師生）評價假設(shè)驗證假設(shè)（師生）解釋結(jié)論應(yīng)用知識（生）搜集信息指導(dǎo)型探究教學(xué)模式第12頁第12頁教學(xué)手法態(tài)度『問答』『對話』第13頁第13頁課程設(shè)計原則

『問題解決』理論指出，提出問題是解決問題基礎(chǔ)，解決問題實質(zhì)就是一個不斷地提出問題過程。每一堂課都有一個關(guān)鍵問題，解決關(guān)鍵問題實質(zhì)就是圍繞關(guān)鍵問題，提出一系列存在著遞進關(guān)係子問題。根據(jù)這一觀點，我們確定了透鏡成像課題教學(xué)設(shè)計思想︰強化問題意識，強化目標意識，注重科學(xué)思想和科學(xué)辦法，注重探究過程。利用系統(tǒng)問題將課堂教學(xué)組織起來，將教學(xué)過程設(shè)計成不斷地提出問題和解決問題過程。第14頁第14頁教學(xué)過程

教學(xué)關(guān)鍵問題如何推導(dǎo)一個公式來反應(yīng)物距、像距和焦距三個量之間簡單關(guān)係？第15頁第15頁關(guān)鍵問題分解成子問題

問題１

根據(jù)透鏡成像實驗現(xiàn)象，像距大小不但跟焦距大小有關(guān)，也跟物距大小有關(guān)。那麼，是否能夠用一個簡單公式來反應(yīng)物距、像距和焦距三個量之間關(guān)係呢？我們堅信這一關(guān)係式存在。但是，我們從哪裡入手去推導(dǎo)這個關(guān)係式呢？

第16頁第16頁教師引導(dǎo)對這個問題，可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)目標與手段相一致原則提出下列方案︰我們目標是確定三個幾何量之間關(guān)係，我們已知是透鏡成像作圖法，而透鏡成像光路圖給出正是一個幾何圖形。利用已知透鏡成像光路圖，也許能夠推出三個量之間關(guān)係式，並使學(xué)生明確，這只是一個猜測性方案，是否可行，還有待進一步推理論證。第17頁第17頁畫出凸透鏡成像光路圖提出第2個子問題。

第18頁第18頁問題２如何從如圖一所表示光路圖中尋找有關(guān)關(guān)係呢？

第19頁第19頁引導(dǎo)學(xué)生提出方案圖一中存在著許多相同三角形，根據(jù)相同三角形對應(yīng)邊成百分比，也許能夠推出這個公式。同樣讓學(xué)生明確︰『這也是一個猜測性方案，在進一步推理論証之前，也不能必定這一方案是否可行』，接著提出第3個子問題。第20頁第20頁問題３如圖一所表示，圖中有許多三角形，應(yīng)當(dāng)找哪些三角形呢？

第21頁第21頁引導(dǎo)學(xué)生提出方案解決問題3，應(yīng)當(dāng)根據(jù)目標與手段相一致原則，引導(dǎo)學(xué)生提出解決方案︰我們目標是建立ｕ、ｖ、ｆ三個量之間關(guān)係，因此，應(yīng)當(dāng)尋找包括有ｕ、ｖ、ｆ三個量三角形。假如我們一下子難以直接建立三個量之間關(guān)係，我們能夠先建立其中兩個量之間幾何關(guān)係。當(dāng)學(xué)生根據(jù)圖一所表示光路圖中找出△ＡＢＯ∽△Ａ’Ｂ’Ｏ，建立了等式後，提出第4個子問題。

第22頁第22頁問題４我們要確定三個量關(guān)係中，等式中只出現(xiàn)兩個。而等式中又出現(xiàn)了、這兩個我們所不需要量，怎麼辦？

第23頁第23頁問題５應(yīng)當(dāng)再建立一個等式。順著學(xué)生思緒，提出第5個子問題。你希望建立新等式中，有哪些量出現(xiàn)？為此你應(yīng)當(dāng)再尋找哪一對相同三角形？

第24頁第24頁學(xué)生回答

新等式應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)焦距ｆ，假如同時也出現(xiàn)則也許由兩個等式得到ｕ、ｖ、ｆ三個量關(guān)係，而消去和這兩個量。

當(dāng)學(xué)生在此思緒指導(dǎo)下，選擇相同三角形△ＣＯＦ∽△Ａ’Ｂ’Ｆ，建立等式提出第6個子問題。第25頁第25頁問題６我們由凸透鏡成像特例推得公式１/ｕ＋１/ｖ＝１/ｆ。這個公式對凸透鏡成虛像情形是否也適用呢？你希望它能適用嗎？

第26頁第26頁畫出凸透鏡成虛像光路圖。

第27頁第27頁學(xué)生回答

我們希望這個公式對凸透鏡成虛像情形也能適用。

讓學(xué)生參照如圖二所表示光路圖進行推導(dǎo)，就能夠從圖2得到公式１/ｕ－１/ｖ＝１/ｆ然後提出第7個子問題。第28頁第28頁問題７由凸透鏡成實像和成虛像兩種情形，分別推得公式１/ｕ＋１/ｖ＝１/ｆ和１/ｕ－１/ｖ＝１/ｆ，這兩個公式很靠近，但又不完全相同。這兩個公式能統(tǒng)一嗎？第29頁第29頁教師引導(dǎo)科學(xué)是要追求統(tǒng)一，因為科學(xué)堅信自然界是和諧。統(tǒng)一也使得科學(xué)能夠用更為簡潔語言來描述世界。啟發(fā)學(xué)生要將事物統(tǒng)一起來，就要比較事物之間相同點和差異點，並力爭消除差異，提出第8個子問題。

第30頁第30頁問題８兩個公式差異只在于１/ｖ項之前正、負號。要將兩個公式統(tǒng)一起來，應(yīng)當(dāng)對符號做怎樣處理？你處理過其它物理量正、負號類似問題嗎？

第31頁第31頁學(xué)生回答

在學(xué)習(xí)變速(等加速度)運動時，我們學(xué)過，當(dāng)物體做等減速運動時，它速度和位移公式分別為Vt=Vo－ａｔS=Voｔ－（1/2）ａｔ2（式中ａ取絕對值）假如規(guī)定︰做等減速運動物體，其加速度ａ取負值，則上述公式即轉(zhuǎn)化為Vt=Vo＋ａｔS=Voｔ＋（1/2）ａｔ2這樣，等減速運動公式與等加速運動公式就統(tǒng)一起來了。第32頁第32頁學(xué)生回答

參照這種做法，假如我們規(guī)定，物體經(jīng)凸透鏡成虛像時，像距ｖ取負值，那麼，凸透鏡成虛像時成像公式也就轉(zhuǎn)化為１/ｕ＋１/ｖ＝１/ｆ。這樣，凸透鏡成實像與成虛像兩種情況就能夠運用統(tǒng)一公式了．接著提出第9個子問題。第33頁第33頁問題９我們已經(jīng)得到了凸透鏡成像有關(guān)公式，這個公式對凹透鏡成像情形也適用嗎？假如讓你根據(jù)凹透鏡成像光路圖進行推導(dǎo)，你能猜測出推導(dǎo)結(jié)果嗎?

第34頁第34頁學(xué)生回答凸透鏡成虛像時，推得成像是１/ｕ－１/ｖ＝１/ｆ，式中負號表明像是虛像。凹透鏡成像與凸透鏡成實像有兩點不同，一是成像是虛像；二是透鏡是凹．由此能夠猜測到凹透鏡成像公式應(yīng)是１/ｕ－１/ｖ＝－１/ｆ，提出第10個子問題。第35頁第35頁問題１０你所猜得結(jié)果是正確，為了使凹透鏡成像與凸透鏡成像情形能夠統(tǒng)一用一個公式，應(yīng)當(dāng)進行怎樣技術(shù)處理?第36頁第36頁學(xué)生回答

對凹透鏡成像，只要規(guī)定虛像ｖ取負值，凹透鏡焦距ｆ取負值，則凹透鏡成像公式也就轉(zhuǎn)化為

１/ｕ＋１/ｖ＝１/ｆ。必定了學(xué)生猜想後，教師對推導(dǎo)過程進行總結(jié)。凸透鏡（實像）u>0v>0f>0凸透鏡（虛像）u>0v<0f>0凹透鏡（虛像）u>0v<0f<0第37頁第37頁總結(jié)推理要有明確目標意識。我們所有行為都是受目標強烈控制。當(dāng)對問題不甚明朗時，需要根據(jù)問題特點，進行大膽科學(xué)性猜測。但猜測正確性需要理論証明和實踐檢驗。猜測主要辦法之一是類比，因此，在從解決問題中難以直接看清問題結(jié)果時，應(yīng)當(dāng)進行廣泛聯(lián)想，利用相同問題，問題相同處理辦法，來啟發(fā)自己思維，進行合理類比。第38頁第38頁總結(jié)解決問題通常不是一蹴可幾，有時需要走一步，思考一步，再走一步

。

科學(xué)是追求統(tǒng)一，世界統(tǒng)一性通常表現(xiàn)為不同情形能夠用統(tǒng)一數(shù)學(xué)語言整合起來。追求統(tǒng)一性與追求簡單性是一致，我們相信自然界含有內(nèi)在統(tǒng)一性，是科學(xué)研究應(yīng)有基本信念。第39頁第39頁後記

科學(xué)探究只是教學(xué)所要考慮維度之一，我們不能忽視其它重大影響原因如學(xué)生和社會發(fā)展要求，而完全由此出發(fā)來設(shè)計和開展探究教學(xué)。從歷史來看，探究教學(xué)在杜威宣導(dǎo)下曾過於偏向?qū)W生需要和興趣，使課堂上探究遠離科學(xué)家探究，使學(xué)?？茖W(xué)淪為生活科學(xué)。20世紀中期美國課程改革運動所宣導(dǎo)探究教學(xué)又過於偏向科學(xué)探究，遠離學(xué)生生活，以致過深過難，演變成枯燥乏味智力遊戲，使普通學(xué)生喪失學(xué)習(xí)科學(xué)興趣。第40頁第40