巧用幾何畫板處理《凸透鏡成像規(guī)律》的教學(xué)難題

摘?要：在蘇科版八年級第四章的《凸透鏡成像規(guī)律》這節(jié)課的教學(xué)過程中，筆者根據(jù)對課程改革的理解和對教材、學(xué)情的分析，將重點(diǎn)確定為探究凸透鏡成像規(guī)律，把難點(diǎn)放在科學(xué)探究中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析上。對于實(shí)驗(yàn)探究學(xué)生處于起步階段，記錄數(shù)據(jù)后，分析這些數(shù)據(jù)歸納得到結(jié)論，是學(xué)生比較陌生的，因而此處確定為難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：凸透鏡;成像;規(guī)律

如何有效地采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讓學(xué)生從眾多數(shù)據(jù)中分析得出凸透鏡的成像規(guī)律，是筆者反復(fù)思考的重點(diǎn)。聽數(shù)學(xué)課后得到一個啟發(fā)，是否可以請“幾何畫板”這個數(shù)學(xué)中的數(shù)據(jù)處理能手幫忙。

一、教學(xué)目標(biāo)

1. 知識與技能

（1）了解物距u和像距v和焦距f的概念。（2）知道實(shí)像與虛像的區(qū)別。（3）掌握凸透鏡成像的規(guī)律。（4）會運(yùn)用凸透鏡成像規(guī)律解釋一些簡單的現(xiàn)象。

2. 過程與方法

（1）培養(yǎng)探究實(shí)踐中根據(jù)觀察到的現(xiàn)象初步提出問題、進(jìn)行合理猜想，并設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，得出結(jié)論的能力。（2）通過探究凸透鏡成像規(guī)律的過程，體驗(yàn)科學(xué)研究的過程與方法。（3）學(xué)習(xí)從物理現(xiàn)象中總結(jié)歸納物理規(guī)律的方法。

3. 情感、態(tài)度和價值觀

（1）具有對科學(xué)的求知欲，樂于觀察自然現(xiàn)象和日常生活中的物理現(xiàn)象，勇于實(shí)驗(yàn)探究日常生活現(xiàn)象中的物理學(xué)規(guī)律。（2）在探究問題的過程中，有克服困難的信心和決心。（3）密切聯(lián)系實(shí)際，提高科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活和社會的能力。

二、教學(xué)重點(diǎn)

利用凸透鏡等器材探究凸透鏡成像規(guī)律。

三、 教學(xué)難點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)過程的探索，數(shù)據(jù)分析和總結(jié)規(guī)律。

四、教學(xué)器材

F光源（2cm×3.5cm）、凸透鏡f=10cm（固定在0cm處）、光屏（間隔1cm方格）、光具座（專門用來研究凸透鏡成像規(guī)律的儀器）。多媒體課件（flash、ppt、視頻、幾何畫板）。

五、 教學(xué)過程

（一） 創(chuàng)設(shè)情境引入新課

1. 學(xué)生活動：用凸透鏡來觀察物體成像的情況

①用凸透鏡近距離地看書上的字，②用凸透鏡遠(yuǎn)距離地看窗外的風(fēng)景。

（學(xué)生發(fā)現(xiàn)：用凸透鏡近距離看到正立、放大的像，用凸透鏡遠(yuǎn)距離看到倒立、放大的像和倒立、縮小的像。）

2.凸透鏡成像的不同與什么因素有關(guān)？你這樣猜想的根據(jù)是什么？

（學(xué)生小組討論并猜想：凸透鏡成像可能與物體到透鏡的距離有關(guān)）

3.實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示：

（二） 設(shè)計實(shí)驗(yàn)與制定計劃教學(xué)

1.關(guān)于實(shí)驗(yàn)提出問題（生生之間展開討論和交流）

（1）凸透鏡、F光源、光屏應(yīng)按什么順序擺放在光具座上？如何保證像始終能成在光屏中央？

（2）什么是物距、像距和焦距？

（3）如何操作使?fàn)T焰的像（清晰明亮）呈現(xiàn)于光屏上？

（4）怎樣改變物距來研究像的性質(zhì)與物距的關(guān)系？

（5）實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)記錄哪些現(xiàn)象和數(shù)據(jù)？

2. 學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程

（1）整體感知：F發(fā)光體由遠(yuǎn)及近，調(diào)整光屏，觀察成像情況。

（2）局部分別實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：使?fàn)T焰在光屏上成倒立、縮小的像，測量并記錄兩次實(shí)驗(yàn)的物距、像距和像高。

實(shí)驗(yàn)二：調(diào)整物距，使?fàn)T焰在光屏上成倒立、放大的像，測量并記錄兩次實(shí)驗(yàn)物距、像距和像高。

（3）采集數(shù)據(jù)并分析與論證：能不能得到倒立縮小的實(shí)像和倒立放大的實(shí)像？能的話，物距、像距又有什么規(guī)律？

教師利用課前設(shè)計好的“幾何畫板”中的表格采集學(xué)生數(shù)據(jù)，并在畫板中做出相應(yīng)的物體和像的坐標(biāo)圖，讓學(xué)生觀察分析，歸納總結(jié)結(jié)論。

幾何畫板收集和處理數(shù)據(jù)的過程記錄見下圖2和圖3：

設(shè)計分析：左側(cè)的組別設(shè)計是利用幾何畫板中的隱藏/顯示按鈕進(jìn)行區(qū)分多組數(shù)據(jù)收集，教師可以根據(jù)教學(xué)需要設(shè)置多組數(shù)據(jù)收集，中間表格中的數(shù)據(jù)輸入?yún)?shù)分別為物距、像距和像高，以這些參數(shù)在代表主光軸上的坐標(biāo)軸畫圖。因?yàn)椴杉氖菍?shí)像的原因，設(shè)計中坐標(biāo)軸左側(cè)是物距，顯示的是正立等高的箭頭代表物體，實(shí)驗(yàn)中的物體是3.5cm高的F光源，所以物高的參數(shù)輸入為3.5。坐標(biāo)軸右側(cè)是用倒立的箭頭表示實(shí)驗(yàn)中的顯示像，用方格紙估讀像高也是為了進(jìn)一步對比縮小和放大的這兩個凸透鏡的成像特點(diǎn)。為了更好地讓學(xué)生觀察和尋找規(guī)律分成了兩個界面分別是倒立縮小的實(shí)像和倒立放大的實(shí)像。

3.學(xué)生實(shí)驗(yàn)三：分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你認(rèn)為在何種情況下可以得到倒立、等大的像？試一試成倒立、等大的像時，物距、像距是多少？換種不同焦距的凸透鏡再試一試，情況還是這樣嗎？測量并記錄這時的物距和像距。

4.學(xué)生實(shí)驗(yàn)四：當(dāng)物距小于焦距時，移動光屏，在光屏上能看到光源成的像嗎？通過透鏡觀察光源，你能看到它的像嗎？這個像是什么樣的特點(diǎn)？你能在光屏上找到這個像嗎？

教師講解：實(shí)像和虛像的概念。

5. 觀察實(shí)驗(yàn)：調(diào)整物距使u=f，調(diào)整光屏，觀察現(xiàn)象。

（三）歸納總結(jié)凸透鏡成像特點(diǎn)

學(xué)生進(jìn)一步討論分析和總結(jié)規(guī)律：

（1）一倍焦距處，是物體成倒立實(shí)像還是正立虛像的分界點(diǎn)。

（2）二倍焦距處，是物體成縮小實(shí)像還是放大實(shí)像的分界點(diǎn)。

（3）……（學(xué)生自主生成）

教師可以用Flash動畫展示凸透鏡成像的規(guī)律，加深印象。

（四） 拓展延伸

1.小明同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，不小心選擇了一個被污漬擋住了部分的凸透鏡，你認(rèn)為此時在光屏上所成的像還是完整的嗎？你準(zhǔn)備如何驗(yàn)證你的想法呢？

2.在實(shí)驗(yàn)過程中，調(diào)出一個清晰的縮小的實(shí)像，此時保持凸透鏡的位置不變，只將光源和光屏的位置互換，像會如何變化？

3.若選蠟燭作為“凸透鏡成像規(guī)律”實(shí)驗(yàn)的光源時，隨著蠟燭燃燒變短，光源上的像如何移動？

4.小結(jié)：請學(xué)生談一談學(xué)習(xí)本節(jié)課的收獲和體會。

5. 布置作業(yè)：完成“探究凸透鏡呈現(xiàn)規(guī)律”的探究報告。

6.生活中有哪些東西是利用凸透鏡成像規(guī)律工作的，是如何工作的？

六、 教學(xué)反思

筆者選用幾何畫板處理分析數(shù)據(jù)，受數(shù)學(xué)上的幾何畫板啟發(fā)，數(shù)據(jù)可以選用很多，定位準(zhǔn)確，而且形象直觀，學(xué)生從多組數(shù)據(jù)中更容易歸納出來規(guī)律。從學(xué)生實(shí)驗(yàn)的情況來看，學(xué)生探究熱情高，各小組配合默契，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄詳實(shí)。在實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納時，讓完成的小組去在幾何畫板中輸入數(shù)據(jù)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時要求學(xué)生測了實(shí)像的像高，更便于和物體進(jìn)行比較，來觀察縮小倒立的實(shí)像和放大倒立實(shí)像的物距范圍。用凸透鏡成像動畫向?qū)W生展示凸透鏡成像的連續(xù)變化規(guī)律，形成深刻的印象。通過這些處理很好地解決了學(xué)生在這節(jié)課上的難點(diǎn)。此次利用這些工具也使筆者收獲頗豐，能夠讓學(xué)生們更積極地去尋找解決教學(xué)難點(diǎn)的方法。

作者簡介：

李真，中學(xué)一級教師，江蘇省常州市，常州市朝陽中學(xué)。