《棱镜和透镜》教学设计
一、教材分析
《棱镜和透镜》是高中物理人教版选修2-3第一章第三节的内容,本节课之前,教材设置了光的折射、折射率、全反射、光导纤维等知识内容,并且在初中阶段,八年级上册第五章也讲解了透镜及其应用。本节课是将前几节知识融合在两个具体的东西——棱镜和透镜上,本章第4节,学生将以实物棱镜和透镜为基础进一步探寻透镜的成像规律,所以本节课是前后知识过渡的重要桥梁。从教材的整体设置来看,《棱镜和透镜》不在高考考试大纲要求的范围之内,全国卷物理涉及到的光学知识只有选修3-5和选修3-4。选修2-3一般作为了解性的知识为文科生普及相关常识。其内容讲解多以演示实验为基础,通过实验引领,加深学生对物理规律的思考和理解。
二、学情分析
学习本节课之前,学生已经具有大量的前备知识,已经知道透镜、光的折射、折射率、全反射、光导纤维等知识,所以知识的学习上不需要建立新的概念,只需要对原有概念加深理解和更全面的认识,具体是将前几节课所学习的物理知识应用到棱镜和透镜上。本节课是本章第四节成像规律的基础,是学生学好透镜成像规律的重要保障。学习本节课的有利条件是初中学生已经学习过相关概念,如图1所示是初中物理中对棱镜的应用,棱镜也是初中物理“光的色散”中提到过的概念,学生有一定的认识。
14668507620图1
图1
透镜也是初中物理光学中重点学习过的内容之一,并且透镜的成像规律也是初中重要必修课程,如图2所示左图为初中物理《透镜》,右图为高中物理《透镜》。
38227033020图2
图2
三、目标分析
1.学习目标分解
-241935022923590%的学生不需要教师的帮助就能够回忆起
学生迫切地需要一个物理量来定义棱镜对光线的偏转程度
学生能够身临其境的去思考,切实地将知识与理论联系起来思考问题
100%的学生都通过回忆知道透镜分为两种,一种为凸透镜,一种为凹透镜
学生自己得出通过透镜光心的光束不发生偏转,并在教师的启发下知道光心、光轴、焦点和焦距
学生迫切地需要一个物理量来定义透镜对光束的聚散能力
60%的学生能够将所学的知识应用到日常生活中,能够为自己的生活提供方便
通过回忆、猜想结合教师演示实验
通过教师的演示实验,刺激、诱导
结合所学的知识,以问题为导向
通过回忆、结合生活实践
通过学生自主探究实验,教师启发
以实际问题为导向,以保护和选择眼镜为基点
通过教师启发——引导
概念
规律
价值
概念
规律
本质
价值
棱镜和透镜
棱镜
透镜
了解
探究
开发
了解
探究
开发
思考/
发现
概念体系
行为动词
行为条件
行为程度
90%的学生不需要教师的帮助就能够回忆起
学生迫切地需要一个物理量来定义棱镜对光线的偏转程度
学生能够身临其境的去思考,切实地将知识与理论联系起来思考问题
100%的学生都通过回忆知道透镜分为两种,一种为凸透镜,一种为凹透镜
学生自己得出通过透镜光心的光束不发生偏转,并在教师的启发下知道光心、光轴、焦点和焦距
学生迫切地需要一个物理量来定义透镜对光束的聚散能力
60%的学生能够将所学的知识应用到日常生活中,能够为自己的生活提供方便
通过回忆、猜想结合教师演示实验
通过教师的演示实验,刺激、诱导
结合所学的知识,以问题为导向
通过回忆、结合生活实践
通过学生自主探究实验,教师启发
以实际问题为导向,以保护和选择眼镜为基点
通过教师启发——引导
概念
规律
价值
概念
规律
本质
价值
棱镜和透镜
棱镜
透镜
了解
探究
开发
了解
探究
开发
思考/
发现
概念体系
行为动词
行为条件
行为程度
909320160655
图3棱镜和透镜目标分解
2.学习目标确立
目标1:通过学生回忆、猜想并结合教师演示实验,90%的学生了解什么是棱镜。并且知道棱镜对光会产生偏折作用。
目标2:通过进一步教师演示实验探究,引领学生迫切的需要找一个物理量来描述不同棱镜对光束的偏折能力——偏向角。
目标3:问题导向,帮助学生回忆起前概念,并结合前概念发现全反射棱镜,并引导学生开放思维,以一名海军科研人员身份开发全反射棱镜的价值。教师继续以问题为导向引领学生开发棱镜的价值。
目标4:帮助学生回忆起初中学过的相关知识,进一步结合生活认识透镜,100%的学生都能够知道透镜有两种,即凸透镜和凹透镜,并且能够在生活中找出利用凸透镜和凹透镜的生活实例。
目标5:通过事先备好的学生自主探究实验,在教师的引领下,学生自主探究并发现平行光束通过透镜不同位置时的特点和异同之处,教师启发学生自己得出结论,教师总结得出光心和主光轴。
目标6:教师通过演示实验,启发——引领学生进一步发现透镜的更多秘密,发现焦点,定义焦距。(教师演示凸透镜,开放问题,先让学生猜想凹透镜的焦点和焦距,教师演示实验验证)
目标7:教师启发——引导,让学生迫切的需要一个物理量来定义透镜对光束的聚、散能力,得出焦度,会用焦度解决实际问题。
目标8:将本节课所学的知识,以选择和保护眼镜为基点应用到生活中去。
3.学习任务分解
8572595250凸透镜
凹透镜
光心和主光轴
焦点和焦距
焦度
透镜
概念
种类
三棱镜
梯形棱镜
偏向角
特殊棱镜:全反射棱镜
棱镜
概念
种类
棱镜应用
棱镜和透镜
联系
凸透镜
凹透镜
光心和主光轴
焦点和焦距
焦度
透镜
概念
种类
三棱镜
梯形棱镜
偏向角
特殊棱镜:全反射棱镜
棱镜
概念
种类
棱镜应用
棱镜和透镜
联系
图2棱镜和透镜学习任务分解
四、需要解决的问题
1.概念建构
关于棱镜和透镜的认识,学生在本节课之前已经有了基本认识,需要引导学生掌握的新概念主要有偏向角和焦度,对于光心、主光轴、焦点和焦距教师只需要合理引导,学生会很容易回忆起原有概念。本节课的重点是掌握棱镜和透镜的基本规律,难点是对焦度概念的建立。
2.规律探究
棱镜会使白光发生色散,棱镜对光束的偏折具有一定的规律,偏折角和棱镜的几何形状之间的关系是学生需要掌握的重要概念,需要教师合理引领,探寻规律,让学生迫切地需要“偏向角”这个概念来描述棱镜对光束的偏折程度。
根据之前所学的发生全反射的条件合理引出特殊的棱镜——全反射棱镜,全反射棱镜的应用是棱镜规律探寻的重点,教师需要赋予学生使命感,站在能够应用到棱镜的相关岗位上,开拓思维,自行开发棱镜的价值。
光心和主光轴属于学生已有知识,通过设计学生实验,学生分组操作得出光心和主光轴概念,将理论知识和实验操作结果对应起来,在此实验基础之上,师生共同探究焦点和焦距。
焦度概念的建立,需要同偏向角一样,合理设问,引导学生产生迫切需要一个物理量来描述透镜的聚、散光能力,即“焦度”。
3.能力培养
本节课对学生能力的培养体现在以下几个方面,需要帮助学生完成模型建构,即棱镜和透镜的规律和特点。本节课主要是以演示实验和学生操作实验为主要策略或手段,需要培养学生的科学探究能力,具体为交流合作能力。本节课学生需要在学习基本知识、规律的基础上培养其科学态度与责任,赋予学生“特殊使命”,开发、探索棱镜,体会知识的价值。生活中离不开透镜,从科学理论出发探讨如何选择和保护眼镜也是本节课“广角镜”栏目的主要话题。
五、学习活动设计
针对目标1的学习活动设计:
学习活动1
播放棱镜使白光发生光色散的视频,教师通过问题引领帮助学生回忆起初中关于“棱镜”的概念。师生共同探讨生活中的棱镜。
需要解决的问题
学生回忆起棱镜的概念,知道棱镜能让白光发生色散,并且知道生活中常见的一些棱镜。
针对目标2的学习活动设计:
学习活动1
教师演示实验,不同的棱镜对光束的偏折作用明显不一样,向学生抛出问题,假如我们是棱镜开发商,我们要制定一个标准来规定棱镜对光的偏折程度,该从什么角度去定义。
需要解决的问题
教师启发——引导,学生自己定义出“偏向角”。
针对目标3的学习活动设计:
学习活动1
组织学生回忆前面的知识产生全反射的条件,结合棱镜的特点,猜想若在棱镜上发生全反射需要什么条件,能够发生全反射的棱镜是什么棱镜。
需要解决的问题
建立起“全反射棱镜”的概念。
学习活动2
赋予学生“使命”,开放思维,站在不同的角度去猜想棱镜的应用。
需要解决的问题
体会棱镜的使用价值,感受棱镜与生活的联系。
针对目标4的学习活动设计:
学习活动1
播放透镜视频,引发学生猜想,唤醒学生记忆,进一步了解透镜。
需要解决的问题
学生能够认识到什么是透镜,知道透镜包括凸透镜和凹透镜两种,发现透镜在生活中的应用。
针对目标5、6的学习活动设计:
学习活动1
学生自主探究实验,在教师的引导下,探究平行光束通过透镜的规律,完成事先准备好的导学案。
需要解决的问题
学生能够认识到什么是透镜,知道透镜包括凸透镜和凹透镜两种,发现透镜在生活中的应用。
学习活动2
在活动1的基础上进一步启发——引导学生,师生共同探讨多条平行光束通过透镜的规律。教师主要演示凸透镜实验,凹透镜留给学生自主探究。
需要解决的问题
发现焦点、定义焦距。
针对目标7的学习活动设计:
学习活动1
抛出问题:不同的透镜聚、散光的能力好像不相同,寻找透镜聚、散光能力与哪些因素有关,该怎样描述这种能力。
需要解决的问题
学生迫切地需要“焦度”这个物理量来描述透镜的聚、散光能力,从而建立“焦度”的概念。
针对目标7的学习活动设计:
学习活动1
寻找生活中的透镜,将所学的知识回归生活。
需要解决的问题
从生活中来到生活中去,一定程度上培养学生物理观念、科学素养。
六、过程性评价任务设计
针对目标1的评价任务设计:
1.棱镜可以改变光的传播方向,原因是什么?(结合所学知识,开放性回答)
28289253289309861554432302.完成下列棱镜对光束的作用,用箭头表示光路。(左图为等腰三角形,右图为等腰直角三角形)
针对目标2的评价任务设计:
1.如下图所示,请分别做出两种不同色光通过棱镜后偏转的角度。
659765247015红光
紫光
红光
紫光
针对目标3的评价任务设计:
1.假如你是一名海军科研人员,在作战时为了保持隐蔽不能浮出水面以免被敌军发现,但为了探测军情,请你根据所给仪器设计潜望镜。
center9525直角方导管
全反射棱镜
普通棱镜
直角方导管
全反射棱镜
普通棱镜
针对目标4的评价任务设计:
1.透镜有几种?生活中哪些地方利用到了透镜?试举例说明。
针对目标5、6、7的评价任务设计:
314325857251.分别补全下列两种透镜的光路图,并且标出光心和光轴。
2.为什么光透过薄透镜光心时光路不发生偏折?
3.同一个透镜,红光和紫光的焦度不一样,哪个较大?
针对目标8的评价任务设计:
1.到眼镜店了解配镜验光的原理,并测试自己或者同学所佩戴的眼镜的焦度。
七、课后综合性评价任务设计(体现物理素养,情感态度与价值观)
1.阅读短文,回答问题。1609年8月21日,意大利科学家伽利略展示出了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。其实最早发现望远镜的人不是伽利略,而是一位叫利波塞的荷兰眼镜商人,这个人在制造镜片的时候,把一块凸透镜和一块凹透镜合在一起往外看,远处的东西就变近了。伽利略对这个发现很感兴趣,他用数学进行了计算,研究用什么样的镜片,怎样组合在一起效果最好,最后,伽利略做了两根管子,一根管子的一端放凸透镜,另一根管子的一端放凹透镜,其中一根稍细一点,正好可以套在另一根管子里面,自由滑动,这样观察的时候,就可以来回调节,选择合适的距离。就这样经过反复的研究和实验,他终于在1609年发明了世界上第一架能放大32倍的望远镜。
(1)最早发现望远镜奥秘的人是利波塞,而人类历史上最早按照科学原理制造出望远镜的人却是伽利略,这里说明了什么问题?
(2)伽利略制造出来的望远镜与教材上所画的天文望远镜有什么不同?
课后综合性评价任务答案:
【答案】
(1)利波塞最早发现了望远镜的奥秘,但他没有好奇心和持之以恒的毅力,而伽利略不但具有好奇心,更具有探究精神,最终制造出望远镜,说明在科学上要取得一些成就,必须有超乎常人的好奇心和毅力等等。
(2)伽利略望远镜用凸透镜做物镜,凹透镜做目镜,教材中提到的望远镜用两个凸透镜,或用凹面镜做物镜 。
【解析】答:(1)利波塞最早发现了望远镜的奥秘,但他没有好奇心和持之以恒的毅力,而伽利略不但具有好奇心,更具有探究精神,最终制造出望远镜,说明在科学上要取得一些成就,必须有超乎常人的好奇心和毅力等大。(2)伽利略望远镜用凸透镜做物镜,凹透镜做目镜,教材中提到的望远镜用两个凸透镜,或用凹面镜做物镜。
【分析】(1)伽利略对事物具有好奇心,并且乐于探究,不怕困难,所以在物理学史上取得了一些成就;(2)掌握教材天文望远镜的构造,并与短文中的望远镜对比得出结论。