科学探究--凸透镜成像

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科学探究--凸透镜成像
【教案】
课堂教学设计
１、传统教学在“研究凸透镜成像规律”时，教师一般先列举出各种成像的条件，然后再让学生通过实验去验证各种情况下的像，通过这样的验证性实验学习凸透镜成像规律，学生学得非常被动。我认为探究教学关键是让学生成为自己学习的主人，于是我设计教学中先让学生列举生活中放大镜、照像机、投影仪的实例，然后教师引导学生对具体的实例提出质疑——“放大镜”为什么还能成正倒、大小甚至虚实不同的像？接着由学生自行制定计划、进行探索性的实验、分析得出成像的规律，即物距、焦距、像距的关系。使学生在学习知识的同时，亲身体会这种科学探究的过程。鉴于本节内容较多，为了给学生充分的探究时间，我将本节设计成3课时，本堂为第2课时，本课时主要是培养学生制定计划、收集数据、初步分析等能力。
2、针对学生在平时课堂探究活动中表现出的一定程度的无序性采取印发学案（见附件）的措施：让学生了解自己在探究活动中应该要干什么事，明确自己的目的，教师也在学生探究过程中给学生一些方向性的提示，但这些提示应区别于我们传统实验课中的“实验步骤”， 在尽量给学生更加宽松的思维空间和活动空间的同时，避免探究活动中盲目性。在宽松的思维空间里，学生肯定会提出许多独特的问题，会迸发出更多的思想火花……。
3、在课堂的探究活动的分组方面：针对现在班级人数较多的现状，每个探究小组的人数适当多一些，４～５人组成一个探究小组。活动在组长的组织下，互相协作，互相监督。绝大部分学生都能进入角色。在探究分组上采取男女学生混合分组。这样是否比男生、女生单独分组效果更好一些？
教学目标：
1、学习根据探究目的制定探究计划，准备实验器材等方法。
2、培养学生实验操作能力和对实验现象、数据的初步分析能力。
3、培养学生合作学习、交流评价探究结果的初步能力。
4、通过实验探究，得出凸透镜成像基本规律的雏形。
教学方法
交流讨论、合作探究
教具
1、不同焦距的凸透镜（f=5cm和f=10cm）、光具座、蜡烛、光屏。（十四组）
2、自制CAI课件
教学过程设计
教师教学 学生学习、探究活动（预测）
㈠复习提问： 有关凸透镜的一些名词： 光心、焦点、主光轴、焦距请学生看图解说。 介绍我们实验中将用到的凸透镜的焦距。强调实验中使用的凸透镜的焦距是一定的，不会随凸透镜移动而改变。 1、透镜的中心称为光心（Ｏ）。 2、焦点：平行光经凸透镜会聚的点称为凸透镜的焦点（Ｆ） 3、主光轴：过焦点和光心的直线叫主光轴。 4、焦距:焦点到凸透镜中心的距离称为焦距(f)。
㈡究凸透镜成像规律 一． 提出问题 提问：凸透镜，我们在日常生活中怎么叫它？ 那么通过它看到的物体都是放大的？ 用凸透镜看远处的物体是放大的？ （猜猜看，试试看。） 指导学生看学案上的箭头。你会观察到什么样的像？移动凸透镜，你看到的像发生怎样的变化？ 不同焦距的凸透镜到箭头的距离相同，像的情况怎么样？ 一定有学生答：放大镜学生 进入物理学习的情境中。在活动中，遇到了很多问题。（引导他们提出来。） 学生会很容易就会发现像的大小不同，像的正倒也不同。 指导性的活动，使学生可能会考虑到成像会与焦距有关。学生思考并提出问题。学生有一段时间去找原因。
让学生提出问题。 二． 猜想猜猜看： 这些结果与＿＿＿因素有关。 学生思考并提出问题。学生有一段时间去找原因。
三． 制定实验计划 介绍光具座，物体到透镜中心的距离简称物距（u） 像到透镜中心的距离简称像距（v） 指出学生在制定计划时可不受光具座限制，可不用它，自己选择实验器材。 学生可能有各种各样的计划。
让学生汇报设计的方案计划。 提示：在使用光具座时，像的位置和光屏的位置是不同含义。只有当光屏上得到特别清晰的像，这时光屏的位置就是像的位置。 选择同学们提出的方案，自己小组内讨论决定使用哪一种方案。
四．进行实验与收集证据要求： 1.不管用何种方案都要做好记录：像的大小、像的正倒、物距、像距、物距与像距的关系。 2.想办法得到放大、缩小、等大的三种情况的像。
学生自由实验。 学生可能很难发现虚像。 指导实验：蜡烛放在距凸透镜为两倍焦距（2f）时，你猜会观察到＿＿＿。 （试试看） 把凸透镜恰好放在距物体一倍焦距（f）时，又会有＿＿＿＿＿发生。 （先猜，后试试）
五．组汇报数据、初步分析数据 学生汇报数据。


【实录】
《科学探究——凸透镜成像》教学实录
一、教学用具：
不同焦距的凸透镜（f =5cm和f =10cm）、光具座、蜡烛、光屏、（十四组）
教师自制CAI课件
二、教学过程：
㈠．复习提问：
教师：同学们上节课我们已经学习了有关凸透镜的一些初步知识，这节课我们首先把有关凸透镜的一些知识概念复习一下。（展示光路图）
学生：焦点、焦距、光心、主光轴。
光心，它是透镜的中心，Ｏ点。
焦点Ｆ，平行光经凸透镜会聚的点。
焦距:焦点到凸透镜中心的距离，f。
教师：回答得很好，还有同学补充吗？
学生：凸透镜是中间厚、边缘薄的透镜。凸透镜有两个焦点。主光轴：过焦点和光心的直线。
教师：凸透镜在空中来回移动，焦点会不会也随着凸透镜的移动而移动？
学生：会移动。
教师：那么凸透镜的焦距会不会随着凸透镜移动而改变？
学生：不会改变。
教师：很好！凸透镜一般都有固定的焦距。上节课已经给大家介绍了测凸透镜焦距的方法。这节课我们将要使用的凸透镜，小口径的f=5cm,大口径的f=10cm。请同学记录下来。
㈡．提出问题：
教师：凸透镜，我们在日常生活又叫它什么？
学生：放大镜。
教师：那么通过它看到的物体都是放大的？
部分学生：不是。
部分学生：是。
教师：有同学讲“是”，有同学讲“不是”。哪些同学用过“放大镜”？用凸透镜看远处的物体是放大的吗？（猜猜看，试试看。）把你看到的情况记录在学案上。
（学生开始用凸透镜观察《学案》上印的箭头）
教师：透过它来看远处的同学是不是放大的？
学生：不是。
教师：你看远处的物体是什么样的像？
学生：倒像、缩小的。
教师：你在移动凸透镜过程中，你看到的像发生怎样的变化？
学生：一开始我看到正立的、放大的箭头，后来我把凸透镜向上移，看到箭头变小了，而且是倒像。
教师：像有的情况是正立的，有的情况是倒立的，有的情况是放大的，有的情况是缩小的。很多同学想提出问题来了，那么大家把你想提的问题记在学案上。
学生１：在“放大镜”中看到的像究竟是怎样的？
学生２：同一凸透镜为什么会成大小、虚实、正倒不同的像？
㈢．猜想：
教师：问题提出来了,我们接下来应该怎么办？
学生：猜猜看，猜想。
教师：同一凸透镜为什么会成大小、虚实、正倒不同的像？猜猜看：这些结果与什么因素有关？
学生：物体到凸透镜的距离。
教师：凸透镜到箭头的距离在变，结果看到的像就不一样。
教师：同学把焦距不同的两个凸透镜并排放置并同步移动，分别通过两个凸透镜来看箭头，你会看到什么样的现象？
学生：一开始我移动凸透镜看到两个箭头一起放大，再移动，小口径的凸透镜里的像是放大、倒立的，而大口径的凸透镜里的像仍然是放大、正立的。
教师：你认为这是什么原因使你看到这样的现象？
学生：这可能与凸透镜的焦距有关。
教师：很好！凸透镜成大小、虚实、正倒不同的像原因可能是与凸透镜的焦距有关，还可能与凸透镜到物体的距离有关。实际上物体到透镜中心的距离叫做物距（u），有了这些猜想之后你应该怎么办？
㈣．制定计划：
学生：制定计划，怎样实验研究。
教师：在制定计划之前先给大家介绍一下实验室常用来研究凸透镜成像的仪器――光具座。（教师介绍光具座）
教师：在使用光具座时，像的位置和光屏的位置具有不同含义。如果光屏上能得到特别清晰的像，这时光屏的位置就是像的位置。像到透镜中心的距离叫做像距（v）。
教师：请同学们用点燃的蜡烛作为成像的物体，自行选择其它实验器材，制定实验计划。集体的力量是巨大的，请同学们在小组内积极的讨论，研究方案。
（学生活动…… ）
教师：请同学们汇报自己设计的方案计划。
学生１：先选器材，光具座、凸透镜、蜡烛、光屏；再点燃蜡烛，让它经凸透镜成放大、缩小、等大的像，量出物距和像距；用不同焦距的凸透镜重复实验，分析焦距与成像的关系。
学生２：把凸透镜固定，把点燃的蜡烛放在不同的位置，量出物距，试试看得到的像是怎样的情况（大小、位置、正倒）也要记录像距；用不同焦距的凸透镜做。
学生３：固定物体和光屏，移动凸透镜看能不能得到像，测u、v，改变物体和光屏之间的距离，再重复实验。
㈤．进行实验与收集证据：
教师：这些方案都是同学们设计出来的，用哪种方案？大家都可以试试，不管你们组使用哪种方案都要做好记录——像的大小（与原来物体比）、像的正倒、物距（u）、像距（v）、物距与像距的大小关系。想办法得到放大、缩小、等大的三种情况的像。接下来大家按计划自由实验。把实验过程数据记录下来。
教师：你认为你组同学有哪些与探究活动无关的活动？也请记下来，大家互相监督。
教师：你组同学否得到了蜡烛清晰的像？有的组成的像在光屏的边缘，有的根本得不到像，怎么办？
学生：把凸透镜中心，光屏中心，蜡烛调在同一高度。
学生：可能成虚像，所以用光屏接收不到。
教师：有小组反映没得到正立的像，哪组同学能帮助他们一下。
学生：用f=10cm的凸透镜，物距u=4.0cm时成虚像，光屏上有模糊的像，是虚像。
教师：模糊的像就是虚像？
学生：虚像、实像都能看到，但实像可以用光屏接收，虚像不能成像在光屏上。上面的同学在光屏上的模糊的像不是虚像。
教师：很好！那怎样才能得正立的像？
……
学生：光屏上我们无论如何都得不到正立的像。我们认为将凸透镜做放大镜使用时，凸透镜距离物体不太远，所以我们想物体靠近凸透镜时，透过凸透镜看到的就应该是蜡焰放大、正立的虚像。
教师：很好！凸透镜成正立的像只能是虚像，其它组的同学可以再试试。
……
教师：（指导实验）将蜡烛放在距凸透镜为两倍焦距（2f）时，你猜会观察到什么？试试看。
教师：把凸透镜恰好放在距物体一倍焦距（f）时，又会有什么现象发生？（先猜，后试试）
教师：请学生汇报实验数据。
探究实验记录表：（附：第三实验小组部分记录数据）
透镜焦距
f(cm) 实验次数 像的大小 像的正倒 像的性质
（虚、实） 物距u(cm) 像距v(cm) 物距与物距的关系
5 1 缩小 倒立 实像 20.5 7.3 u>v
5 2 放大 正立 虚像 4.5 ？ ？
10 3 等大 倒立 实像 20.7 19.8 u>v
10 4 缩小 倒立 实像 30.5 15.8 u>v
10 5 缩小 倒立 实像 40.3 13.6 u>v
10 6 缩小 倒立 实像 40.6 13.2 u>v
10 7 放大 倒立 实像 15.8 30.8 u>v
5 8 等大 倒立 实像 9.8 10.3 u>v
5 9 缩小 倒立 实像 20.5 7.6 u>v
5 10 缩小 倒立 实像 30.8 6.8 u>v
5 11 放大 倒立 实像 8.3 15.4 u>v

教师：大家实验做得很好，得到了许多有用的数据。科学家也是这样经过实验探究、分析数据从而找出规律的。今天我们就暂时到这儿，下节课我们继续分析数据，探究凸透镜成像的规律，下课后有问题、或者想再实验的同学可以用课外活动时间再到实验室来，我们共同探究。
下课！
【点评】
本节课的教学充分地考虑到了初二学生的心理和生理特点，较好地贯彻了《初中物理课程标准》提出的探究教学的基本理念。教学分“复习提问”、“提出问题”、“猜想”、“制定计划”、“进行实验与收集证据”“初步分析数据”等几个环节进行，先由学生在生活中对凸透镜的经验认识——“放大镜”开始，“从生活走向物理”，激发学生的学习兴趣，紧接着教师追问：“通过凸透镜看到的物体都是放大的吗？” —— 学生回答不一，从而引起学生的认知冲突，学生的求知欲大增。然后再在教师的帮助指导下，由学生自行提出问题，经过猜想、制定计划、探究实验并分析所得数据得出成像规律，全过程学生成了自己学习的主人，整堂课上得生动而活泼。
本节课的另一个显著特点就是“形散神聚”。探究教学给了学生更加宽松的思维和活动空间，如何在教学过程开放的同时尽量减少探究活动的盲目和无序呢？王老师在探究教学的过程中适时地给了一些方向性的提示和指引，但这些提示和指引又区别于“实验步骤”，正相反，教师在教学过程中只起了组织、指导、帮助和促进的作用：事先将学生分成若干探究学习小组，让学生在各小组中合作学习、讨论交流，再代表自己所在小组发言、提出探究方案，最终在多个方案中自行选取一个付诸实施……这一系列的教学活动既融洽了师生、生生关系，又培养了学生合作交流、学会学习的能力。另外教师在探究教学中针对一些随即出现的、甚至是始料未及的问题和错误予以纠正，比如教学中学生认为光屏上模糊的像就是虚像，这在传统教学中很难在课堂上“暴露”出来，而王老师对这个意料之外的问题的处理显然是这节课的一个“亮点”。特别值得一提的是王老师在为配合本节课而设计并使用的学生学案(见附件)方面的尝试，学案的使用无疑加强了学生探究学习的目的性，整节课也几乎没有发现有学生随意玩耍实验器材、手足无措等现象。
【附件】
《科学探究——凸透镜成像》学生学案：
科学探究――凸透镜成像
１．活动：你透过凸透镜看远处的物体时，你会看到_____________样的像。
提出问题：
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２． 猜想：
这些结果与那些因素有关？
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３． 实验计划制定：
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４．进行实验与收集证据
A. 你认为你组同学有哪些与探究活动无关的活动？
B. 你组同学是否得到了蜡烛的像？
C. 你组同学光具座上物体排列的顺序：
D. 你组同学在活动中，为了得到清晰的像，移动了哪些器件？有哪些没移动？你认为他们如此移动可行吗？如果移动显得混乱，不益于研究问题，你认为该怎么固定、移动？
E.你组同学得到了哪些（放大、缩小、等大的）像？
F.你组同学测出了各种情况时的物距和像距？
探究实验记录表
透镜焦距
f(cm) 实验次数 像的大小 像的正倒 像的性质
（虚、实） 物距u(cm) 像距v(cm) 物距与物距的关系
1
2
3
4
5
6
7
8

*(试试看)蜡烛放在距凸透镜为两倍焦距（2f）时，你猜，你会观察到 _______________________________________________________.
*（先猜，后试）.把凸透镜恰好放在距物体一倍焦距（f）时，又会怎样？
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