第八章第六节　学生实验：探究凸透镜成像教学设计（表格式）

第六节　学生实验：探究凸透镜成像

一、指导思想与理论依据
本教学设计以学生终身发展为本，以提高全体学生科学素养为目标，为每个学生学习与发展提供机会，关注学生的个体差异，使每个学生都得到发展为教学理念。将科学探究作为物理教学的主要教学方法，让学生经历探究过程，学习科学方法，培养其创新精神和实践能力。
二、教学背景分析
1.教学内容分析
探究凸透镜成像规律是初中光学部分的重中之重，呈现规律较多，变化相对复杂。从能力要求来看，对学生的抽象思维能力、探究实验设计能力、动手能力以及测量能力、分析和归纳能力都是一个考验，是一个完整的探究题目。从以往的教学经验来看，要想让学生自主探究，得到科学结论是一件很难的事情。
从知识结构上看，本节课是对光的折射现象的进一步延伸和细化。通过凸透镜对光的作用，将折射“现象”顺利地过渡到实际“应用”，有承上启下的作用。内容相对较多，如果成像规律呈现得不够清楚的话，会显得很繁杂。
2.学生情况分析
按照教科书章节顺序，本课应在八年级下学期进行学习。本节是八年级课程的一个大探究，此时初中学生虽然有了一定的观察能力、实验能力和思维能力，但分析判断能力还不成熟，在短时间内还不能完全自主地设计实验，在探究学习中完全放手、束缚太多都不现实。因此实际教学中还是需要采取以导为主的策略，及时向学生展示正确的操作规范，及时给予学生必要的指导。鼓励学生参与设计实验方案，掌握解决问题的方法和途径。
3.教学方式
采用以实验和探究活动为主的教学方式。
4.教学手段
以小组实验探究为主，多媒体辅助教学。
5.前期教学状况、问题、对策等研究及技术准备
从以往教学经验来看，教学的主要困难有五个：
(1)本节需要完成的内容相对较多，同时要求充分体现探究精神。倘若学生基础薄弱，那么设计教学方案时由于课堂时间有限而导致的问题就会很突出。
(2)蜡烛成像不够理想，火焰摇摆不定，成像模糊，不利于学生观察判断，同时桌面上很容易滴上蜡液，不容易清洁。
(3)现有成套的光具座在测量物距和像距时需要进行简单的计算，虽然不是非常困难，但对于后进生来说容易产生负面影响，对于新知识的学习制造了一定的障碍。
(4)物和像的大小全靠眼睛观察比较，无法量化，不利于科学地得到结论。
(5)由于时间有限，探究不够充分，成像规律呈现得不明显，结论的得出难免有些牵强。
如果学生基础薄弱，教学设计实效性不够的话，以上五点困难可能同时存在。
基于以上因素，首先考虑对器材进行改造，争取把器材对学生探究产生的不利影响降至最小，然后再设计合理的教学方案。具体做法是：
(1)用发光二极管组成L型发光体，代替蜡烛，其优点是物体特征明显，成像清晰稳定，节能环保（见图一）。
(2)在发光二极管的载板和光屏上打上等大的小格，使物体和实像的大小可以量化，使探究更真实可信、更科学（见图一、二）。
(3)将光具座上的固定标尺拆下，两边安装钢卷尺，优点是零刻线可以随凸透镜的位置移动，物距和像距可直接测量，无须换算，同时，能移动的标尺也活化了学生的思维，能在近1 m的范围内调整物距和像距（见图三）。
(
图一
图二
图三
)






(4)探究实验时间有限，探究的范围难免不足，为体现整体结论的严谨，采用光路解析法辅助教学。
(5)制订合理的教学策略，将教学重点落在引导学生进行有效探究的过程上，不主张由学生完全自主地探究规律。教学以导为主，以学生为主体，观察实验为基础，用实际图形展现成像规律，让学生容易从中总结规律，并能感受到规律的科学与严谨。力图让学生在探究的全过程中受到启发和感悟，体会到一定的探究方法和探究精神，从而得到思维能力上的提升。
三、教学目标
1.知识与技能
(1)知道凸透镜成倒立缩小实像、倒立放大实像、正立放大虚像的条件。
(2)能使用光具座进行研究，进一步认识实像、虚像的异同。
2.过程与方法
(1)经历探究凸透镜成像规律的过程，逐步提高分析问题的能力，提高收集、处理数据的能力，初步提高分析证据、概括规律的能力。
(2)在探究过程中能对实验方案进行评价，对不正确或有疑问的结果能产生质疑，使探究计划和步骤能有序科学地进行。
3.情感、态度与价值观
在探究过程中，体会到学习透镜成像带来的乐趣，领略到科学规律美、现象与内在原理的统一美。
四、教学重点和难点
1.教学重点
凸透镜成像规律的实验探究。
2.教学难点
(1)制订合理的探究计划。
(2)分析实验数据，并总结出凸透镜成像的条件。


五、学习资源和教学流程图
1.教学资源准备
改进后的二极管发光体、大光屏，光具座（标尺已改造）、f＝10 cm凸透镜一只、f＝5 cm凸透镜一只。
2.教学流程图
(
创设情境，提出问题
) (
引入：昨天的任务是玩凸透镜
)

(
模型化再现
) (
学生描述玩耍过程中的发现关系
) (
收心启思
)
(
情境模型化
抛出探究问题
)
(
明确虚像、实像，规范仪器使用
)

(
探究：实像的大小与物距距离的关系
) (
探究环节
)

(
第二次探究
) (
第一次探究
)
(
通过图形分析，实验补充和光路图分析，呈现凸透镜成像规律，同时体现科学的严谨态度
) (
用图形分析和评价，找到不足
)



(
验证总结
) (
探求规律的普遍性
)
(
a
b
c
d
e
f
50 40 30 20 10 0 10 20 30
40 45 cm
A B C
D E
F G
)





f =10 cm
该图是学生实验结果的记录图形
形象直观，规律易成像。

六、教学过程
教学过程 教师活动 学生活动 设计意图
引入 新知 1.提问学生在家玩凸透镜都发现了什么？ 2.让学生用实验桌上的器材重现在家玩耍的情况。 1.讲述自己在家玩凸透镜时的发现。 2.利用教师提供的器材重现自己的发现。 1.提前给学生每人一只凸透镜回家玩耍，给学生游戏和发现的机会。 2.将具体情境转化为实验模型，体现物理研究方法。
明确虚像与实像，规范仪器操作。 情境再现过程能够发现学生认识不足和操作问题，方便教师进行明确和矫正。 1.教师检查学生重现在光屏上的“像”，提出如何确定像的办法。明确实像概念。 2.矫正学生使用光具座时的不当之处。明确：发光体的中心、凸透镜的光心和光屏的中心，应在同一高度的一条直线上。强调在光具座上如何找到清晰实像的办法。明确物距和像距的概念。 3.让学生再找找看。 认识与矫正 1.明确什么是实像，怎么去承接。 2.知道如何正确使用光具座上的组合，较快较准确地找到实像。 3.找到真正的实像。 1.培养学生严谨的探究态度，树立遵守探究规则的意识。 2.明确虚像与实像，纠正学生认为不清楚的像就是虚像的错误认识。 3.示范仪器操作要点及规范。 4.学生实际情况决定了实验前的充分准备的必要性。
探究：10 cm焦距凸透镜成实像的大小与物距的关系 第一次探究 探究：10 cm焦距凸透镜成实像的大小与物距的关系 第一次探究 从学生光屏上呈现大大小小的实像，自然引发问题：大家观察一下自己得到的像有什么特点？ 1.让学生将调整后的像保留，让大家互相交流。 2.教师提出，为什么大家用的都是10 cm焦距的相同规格的凸透镜，却在光屏上得到大小不同的像呢？ 3.引出探究题目：在光屏上能够接到的像（实像）的大小与物距有什么关系。让学生猜想。 4.向学生征集探究方案，提出物距的测量和像的大小测量问题。 5.进一步明确改变物距时的选“点”问题。 6.提供物距和像距的测量方法（介绍标尺的使用）和对实像大小的测量方法。 7.向学生明确附加测量项目，明示与题目没有必要的关联，是教师的附加项目。 8.学生实验。 9.教师在代表研究凸透镜成像的图形上画出物体的位置和大小。 学生汇报实验结果，教师记录在图形上，并同时向学生询问数据是否有大的出入。解释小的差异是由于仪器自身原因和人对像的判定差异引起，可以允许。 学生相互看看彼此成的实像有什么不同？ 观察：焦距相同时，实像的大小与什么因素有关。 就教师的问题提出自己的猜想。 设计探究方案。 教师引导学生说出自己的探究方法。看看物距取多少合适。 听听教师介绍测量物距和像距的方法和测量像的大小的方法。 明确教师附加的测量项目。 开始实验。 向教师汇报实验结果。 自然引发问题。 这样设计探究问题的意图是：针对性强，能够有效降低学生设计探究实验的思维强度。 与学生直接对话讨论，能有效地向全体学生传达探究的意义、程序和方法。 学生还会形成其他的方案，可根据器材准备情况取舍，但应该及时予以表扬和鼓励，增进师生情感交流。 明确附加项目，是要增强学生对测量要求和题目的对应意识。 巡视时及时指导，及时作图，可以节省录入时间。 层进式的分析数据，可以让学生思路更清晰，数理能力弱的学生容易跟上。 数据差异不要有意回避，是教育的机会。
探究10 cm焦距凸透镜成实像的大小与物距的关系 第二次探究 1.如果数据合理，就组织学生分析数据分布的问题，提出现象变化较明显的位置应该增加选“点”的密度，与学生协商插入合理的补充“点”。展开第二次探究。 2.再次实验，补充数据。 学生分析数据点的分布是否还需要补充。 讨论，插入补充的数据点。 再实验。 二次探究，和学生分析数据补充的必要性，是提高学生认识的好机会。
成实像时：物距的最小值是否可以小于或等于焦距 1.针对数据和图形提出问题：我们发现u趋于f 时，找不到实像了，是器材和空间的限制，还是确实没有实像？ 2.教师协助检验。 成实像时物距的最小值是否可以小于或等于焦距。 成实像时物距的最小值收到器材和实验的空间限制（需要很长的像距），由教师协助推理。
探究：10 cm焦距凸透镜成实像的大小与物距关系结论 1.提示一定要针对探究问题得到相应的结论。 2.实验结论：成实像时，物距越小，像距越大，像越大。 观察图形呈现的规律，得到结论。 1.数据的观察和分析，主要培养学生的归纳能力。 2.向学生传递结论的高针对性和严谨性。
探究过程中能发现的探究题目外的新规律 能否发现新规律？ 1.成实像时，u＞f。 2.实像皆倒立。 3. 2f大致是实像大小的分界点，u＞2f成缩小的像，u＜2f成放大的像。 4.u＞2f时，2f＞v>f。 2f＞u＞f时，v＞2f(可略)。 题外的新发现 1.成实像时，物距越小，像距越大。 2.成实像时，u＞f。 3.实像皆倒立。 4.2f大致是实像大小的分界点。 u＞2f成缩小的像，u＜2f成放大的像。 题目外的发现是新发现，学生要清楚。 这也是对完整成像规律的补充。
利用光路图做的 几何补充 简易实验的几何补充。再次明确成实像的规律。 看教师的补充，体会知识的严谨和科学的规律美、统一美。 几何补充是对结论严谨负责的表现。同时可以加强学生对特殊光线作用的理解和对规律的记忆。但不强求学生完全理解，是一种科学态度的传递。
物距小于焦距时什么都得不到吗？ 1.引导学生到物的另一侧去观察。 2.明确u＜f时成正立放大的虚像。 3.光路解释。 1.物体同侧观察物体，看到放大、正立的虚像 2.看光路图辅助说明。 总结成虚像时， u＜f 成正立、放大的虚像。
规律完整呈现 用动画演示物距由较远处（远大于2f）向凸透镜光心靠近过程中的成像特点。 观看动画。 对三个区域和两个特殊点做全景式小结。
规律是否具有普遍性？ 1.用f＝5 cm凸透镜验证：选物距为16 cm，应该成什么样的像，验证一下。 2.有普遍性（大量事实证明结论是普遍适用）。 1.验证：u＞2f成倒立、缩小的实像 2.明确前面的规律有普遍性。 f＝5 cm与f＝10 cm同时进行实验，由于学生学习物理时间短，能力有限，只能用不同焦距的凸透镜来验证规律，来突出规律的普遍性。
f＝10 cm和f＝5 cm的凸透镜，u＝16 cm，却有不同性质的像，又能引发什么样的思考？ 对比f＝10 cm，u＝16 cm，成倒立、放大的实像； f＝5cm，u＝16cm，成倒立、缩小的实像。 说明：成像的性质不但与物距有关，还与焦距有关，故此只有将物距和像距结合才能确定像的性质。 1.思考像的性质还和什么因素有关。 2.感受到结论的严密与必然。 物距相同可以得到不同性质的像，说明凸透镜成像规律还与焦距有关。是对以上规律内在因素的有力诠释。
现在的学习不再是单纯的知识学习了，探究思维的培养和理念方法上的熏陶显得越来越重要。 给学生的结束语
1.我们用仪器重现现实生活中的情景，实际是物理学常用的方法，即建立研究模型。 2.细致的研究要尽可能数字化，成长的过程中，理性的东西会越来越多。 3.分析问题或数据，首先要用表格有条理地记录，尽可能地将其图像化。

七、学习效果评价设计
1.学生学习效果评价（检测练习）
(1)小阳将蜡烛、焦距为20 cm的凸透镜和光屏放入光具座中进行实验。当物距u＝18 cm时，在光屏上看到清晰的像是倒立、_______的实像。
(2)小阳要用该凸透镜观察课本中的文字，若想看到正立、放大的像，则凸透镜到文字的距离不能超过 cm。
2.教师自身教学效果的评价
(1)从学生知识掌握过程来看，相比以往轻松多了，实验的科学性和对学生的说服力都有明显增强。
(2)从学生掌握知识的结果来看，知识的活性明显增高。对规律的认识清晰，处理具体问题灵活，不用死记硬背五个区间的成像情况，教学效果良好。
八、教学设计的特点
1.让学生提前一天拿凸透镜回家去玩，提倡从生活中学习物理，符合课程标准的要求。在进行新课时，不是单纯地由教师进行知识的传承，而是与学生一起进行实验探究，而且这种探究是逐步地由浅入深、层层递进地进行，很适合学生的认知水平，教学策略得当。教学任务完成顺利到位，实效性高。
2.对实验教具做了全面的、卓有成效的改进。首先是光源，用发光二极管组成的“L”型的物体，用它代替蜡烛，便于让学生找到清晰的像，也便于学生观察像的正、倒；在物体和光屏上画出了大小一样的方格，便于学生观察像的大小，比较与物体的大小，以使实验量化；对光具座加以改造，用以凸透镜为零点、可以滑动的两个标尺，使学生轻而易举地读出物距和像距，节省了实验的时间。
3.针对初二学生的特点，较好地把握了探究的各个环节。例如：引入时，先让学生实验体会一下找凸透镜所成的像，针对学生的认识误区进行演示实验，使学生既认识到什么是像，解决了区分实像和虚像，又学会了找像的方法。在提出了探究凸透镜成像规律的任务后，并不是马上做实验，而是组织学生制订实验的方案，教会学生取点的方法，在出现了新的问题时，又组织学生进行讨论。在实验探究的过程中重在教会学生研究的方法，能够把学生量化后的数据，在黑板上用图像的方法直观地再现，使学生能很容易地得出凸透镜的成像规律。
4.提出的探究问题“小”而到位，既便于学生探究，又能引发新的发现。学生有充分展示自己的机会和时间；学生的实验数据真实可信，结论清晰正确。