1、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。
2、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
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
4、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
5、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
6、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
7、、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）、f10 cm 凸透镜一只、f5 cm 凸透镜一只。2.教学流程图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 设计意图收心启思a b c d e f50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 45 cmA B C D E F G 引入：昨天的任务是玩凸透镜学生描述玩耍过程中的发现关系模型化再现探究：实像的大小与物距距离的关系第一次探究 第二次探究明确虚像、实像，规范仪器使用创设情境，提出问题情境模型化抛出探究问题探究环节探求规律的
8、普遍性用图形分析和评价，找到不足 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验证总结引入新知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
9、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
10、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。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
11、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。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。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
12、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。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
13、。次探究。2.再次实验，补充数据。再实验。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
14、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，uf。2.实像皆倒立。3. 2f 大致是实像大小的分界点，u2f 成缩小的像，u2f 成放大的像。4.u2f 时，2fvf。2fuf 时，v2f( 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，uf。3.实像皆倒立。4.2f 大致是实像大小的分界点。u2f 成缩小的像，u2f 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
15、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 1.引导学生到物的另 1.物体同侧观察 总结成虚像时，什么都得不到吗？ 一侧去观察。2.明确 uf 时成正立放大的虚像。3.光路解释。物体，看到放大、正立的虚像2.看光路图辅助说明。uf 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 f5 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
16、2f 成倒立、缩小的实像2.明确前面的规律有普遍性。f5 cm 与 f10 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。f10 cm 和 f5 cm 的凸透镜，u16 cm，却有不同性质的像，又能引发什么样的思考？对比 f10 cm，u16 cm，成倒立、放大的实像；f5cm，u16cm ，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
17、内在因素的有力诠释。给学生的结束语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。 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 u18 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
18、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
19、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。
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