剖析凸透镜成像规律的教学策略

孔祥伟

摘 要： 本文通过分析初二学生的认知特点及其在学习凸透镜成像规律时的思维特性，比较三种教学策略下同一层次的学生的学习适应性与教学效果的差异。

关键词：认知水平；教学方法；效果比较

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）11（S）-0008-4

1 教材与学生认知水平分析

1.1 教材分析

人教版八年级物理上册第三章第二节先编排《生活中的透镜》，利用学生对照相机、投影仪、放大镜的感性认识展开分析，令学生对这三种仪器的成像规律有全面的了解，并通过三条特殊光线的成像特点阐述实像与虚像的区别。在第三节再安排学生自主探究凸透镜成像规律。

1.2 学生现有知识水平分析

初二学生年龄在14、15岁左右，刚学习了两个多月物理，前面学习的知识难度较符合学生的学习水平，学生也参与过一些较简单的探究实验。该内容的学习障碍表现在：成像探究实验涉及的实验器材多、记录的数据多、操作过程复杂；相关的概念多，对物距、像距、焦距概念的认识模糊不清，尤其是对u>2f、v<2f、f< v<2f、f< u<2f这些式子表示的物理意义及区别不够理解。他们的储备知识有：（1）大概知道上述三种仪器的成像的大小特点，但并不认为照相机、投影仪的镜头是凸透镜，往往将凸透镜等同于放大镜；（2）通过前面的学习知道凸透镜能将平行光线折射会聚，但对通过光心的光线传播方向不变认识不深。

探究凸透镜成像规律的活动是初中阶段一个很难的探究实验。因此，既要让学生积极参与探究活动的全过程，又要避免探究活动成为无序的课堂游戏，对教师的教学能力提出了很高的要求。

1.3 学生对本知识点的学习情况

据了解，学生对凸透镜成像规律的认识不是很透彻，大多数学生采用死记硬背的形式，导致他们对考查比较灵活、动手操作类的知识的应变能力差，题目得分率偏低。

2 目前常用的三种教学方法

2.1 教法一的教学流程

2.2 教法二的教学流程（按课本的编排采用探究式教学）

让各小组学生先测出凸透镜的焦距，并指导学习认识焦点、光心、焦距、像距、物距的概念。

2.3 教法三

用多媒体flash展示如图2所示。

3 几种教法分析

教法一：知识的传授过程思维逻辑性严密，实验与理论相结合，理论上从特殊光线的作图得出规律，再用实验验证。知识的生成自然、严谨，较为直观地反映了三种成像的规律，但对学生而言，他们的注意力往往被带到知识的结果——“凸透镜成像的三种特征”。由于知识生成过程的“滴水不漏”，有较强的权威性，削弱了学生思维的广度，参与的空间被压缩了。

教法二：让学生以发现者的角色去自主探寻凸透镜成像的规律，在探究过程侧重于让学生观察不同的成像情况，什么时候成放大的缩小的像，什么时候成正立的倒立的像，当出现一种与前面不同的特点时，量出物距、像距，与焦距相比较，并写在学案上，学生的实验目的强。但课堂上也呈现出严重的问题，表现在两方面：（1）学生在光屏中观察的像并不是最清晰的像，加上透镜质量不高，标注的焦距值与真实值有差距。有时前移和后移较小距离时像的清晰度不明显，于是去量物距与像距，往往得出与规律相悖的结论，干扰了学生的思维。（2）若学生在发现不同的成像特点后，不能用u>2f、f< u<2f、 v<2f、f< v<2f等式子表述位置，脑海中只是形成了凸透镜成像是可以放大，也可以缩小；可以正立，也可以倒立等一堆结果，认知上比原来认为凸透镜仅是放大镜进了一步而已。

教法三：各个知识点间的衔接环环相扣，知识的形成过程呈现由浅入深的阶梯式上升特点，通过flash显示吸引学生进行观察分析，让学生“有所见，有所得，有话可说”；能将物距的不同与实验现象的因果关系直观展现出来。现象对知识形成的思维指向清晰，引发学生关注两组信息之间的关系并总结。缺点是flash显示的现象让学生觉得有点“虚”，不像常规实验观察到的现象来得“真”，而下一节的学生验证性实验能弥补这个不足。

4 教学效果比较

笔者在白云区一所生源质量属中下游学校的初二两个水平相近的班级做了一个学习效果比较。对比班51人，以教法2的方式授课；实验班47人，其中以教法3的方式授课（由同一老师执教），在下一节课两班都安排在实验室进行学生实验测评。在学生动手前让他们将f=10cm的凸透镜放在光具座的中间，并让学生在凸透镜两侧分别在光具座对应的位置标出凸透镜的f 和2f（用粉笔点出来）。

引导学生把上一节所学知识回忆并表述出来，以两人为一组设计实验，并将观察到的现象及测量的数据填入表2，实验完成后进行实操考试。

每个学生做完分组实验后到主考老师（2～3名）前进行单独的考查。教师前摆放了与学生实验相同的一套器材（如图1，但撤去光屏），教师讲出题目，学生按题目操作。

（1）使蜡烛成放大的实像，蜡烛应放在什么地方？光屏大致在哪里时能得到它的像？

（2）如果这个凸透镜作为照相机的镜头，在什么地方得到它的像？成像规律怎样？注意：教师将烛焰放在凸透镜右侧u>2f。

（3）当蜡烛移动到F点与O点之间时，在光屏上能不能看到烛焰的实像？这时，怎样观察蜡烛的虚像？说出你观察的方法。

结果对比班51人中能全部正确操作的学生有27人，占52.9%；实验班47人中全部正确操作通过的有42人，占89.4%。

5 成果的推广

（1）中考情况分析。广州市中考每年将凸透镜成像规律作为必考点，并都以选择题形式出现。2008年至2013年连续六年的得分率见表3。笔者比较几年的数据发现，2010年只是考查近视眼和远视眼的矫正，不属于成像规律的考查；2011年成像规律考查得分率没有单独统计。一般全市考试难度在0.45左右，反映了凸透镜成像规律对初中生确实是难点。

（2）区域推广情况。白云区生源质量在2005年至2010年位于广州市十二区县的第6至第8位，在本知识点上的得分接近市平均线（得分平均1.25分）。2011年将教法三进行全区62所学校的推广（实际问卷调查还有13所学校没有采用）。在区域考查本知识点且与中考难度相当，进行了全区质量分析后发现：白云区无论是初二的期末考还是初三的模拟考，本知识点的得分率提升到0.62左右（得分平均1.86分）。表明难度较高的知识得到了根本的突破，近两年由于还有其他成果的推广，区域整体物理均分排在全市第三位。

6 教学反思

教法二与三呈现的效果迥异！关键是：（1）教法三紧紧抓住了“两点分三区”的主线使学生从整个教学流程中真实体验到透镜成像的三种不同的性质。在flash的展示中教师的作用特别重要，语言的引导和操作时拨动蜡烛的快慢程度要掌握好，必须要凸显前后成像不同是在两交界点（u=f和u=2f）发生质变，使学生的注意力和思维聚集于这两点分成的三个成像不同的区间。（2）知识的呈现方式不同，导致学生参与学习的兴趣相差甚远。通过老师适当的引导大多数学生都能发现两个特殊点，学生判断正确并看到显示与自己相符的情境，会增强成功感并以发现者自居；学生参与课堂学习的积极性更能被激发，教学目标的达成度会更高。（3）课堂提问要在预设目标与学生认知能力之间有针对性地作好铺垫，从好、中、差各类学生的实际出发，有不同层次的要求，进行不同层次的教学，从提问的方式、问题的难易程度、给学生留有充分交流的时间等方面综合考虑。可能有些学生一时反应不过来，但在同伴的帮助启发下同样能获得成功的体验，在各自的“最近发展区域内”得到充分的发展。（4）各种教学策略都有它有利的一面，同时又有它的弱点，如何取长补短，将各种优点揉合在一起，确实值得我们在今后的教学中不断去思考和创新。客观地看，若生源质量较好的学校用教法二能提供给学生更广阔的空间，思维批判能力强的学生经过艰难的探索得出正确的结果，对他们创新思维的培养是很好的契机。而对生源质量不太好的学校用教法二，会导致更多的学生面对失败，会害怕今后的物理学习。

参考文献：

[1]彭前程.物理（八年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2006.

（栏目编辑 赵保钢）

摘 要： 本文通过分析初二学生的认知特点及其在学习凸透镜成像规律时的思维特性，比较三种教学策略下同一层次的学生的学习适应性与教学效果的差异。

关键词：认知水平；教学方法；效果比较

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）11（S）-0008-4

1 教材与学生认知水平分析

1.1 教材分析

人教版八年级物理上册第三章第二节先编排《生活中的透镜》，利用学生对照相机、投影仪、放大镜的感性认识展开分析，令学生对这三种仪器的成像规律有全面的了解，并通过三条特殊光线的成像特点阐述实像与虚像的区别。在第三节再安排学生自主探究凸透镜成像规律。

1.2 学生现有知识水平分析

初二学生年龄在14、15岁左右，刚学习了两个多月物理，前面学习的知识难度较符合学生的学习水平，学生也参与过一些较简单的探究实验。该内容的学习障碍表现在：成像探究实验涉及的实验器材多、记录的数据多、操作过程复杂；相关的概念多，对物距、像距、焦距概念的认识模糊不清，尤其是对u>2f、v<2f、f< v<2f、f< u<2f这些式子表示的物理意义及区别不够理解。他们的储备知识有：（1）大概知道上述三种仪器的成像的大小特点，但并不认为照相机、投影仪的镜头是凸透镜，往往将凸透镜等同于放大镜；（2）通过前面的学习知道凸透镜能将平行光线折射会聚，但对通过光心的光线传播方向不变认识不深。

探究凸透镜成像规律的活动是初中阶段一个很难的探究实验。因此，既要让学生积极参与探究活动的全过程，又要避免探究活动成为无序的课堂游戏，对教师的教学能力提出了很高的要求。

1.3 学生对本知识点的学习情况

据了解，学生对凸透镜成像规律的认识不是很透彻，大多数学生采用死记硬背的形式，导致他们对考查比较灵活、动手操作类的知识的应变能力差，题目得分率偏低。

2 目前常用的三种教学方法

2.1 教法一的教学流程

2.2 教法二的教学流程（按课本的编排采用探究式教学）

让各小组学生先测出凸透镜的焦距，并指导学习认识焦点、光心、焦距、像距、物距的概念。

2.3 教法三

用多媒体flash展示如图2所示。

3 几种教法分析

教法一：知识的传授过程思维逻辑性严密，实验与理论相结合，理论上从特殊光线的作图得出规律，再用实验验证。知识的生成自然、严谨，较为直观地反映了三种成像的规律，但对学生而言，他们的注意力往往被带到知识的结果——“凸透镜成像的三种特征”。由于知识生成过程的“滴水不漏”，有较强的权威性，削弱了学生思维的广度，参与的空间被压缩了。

教法二：让学生以发现者的角色去自主探寻凸透镜成像的规律，在探究过程侧重于让学生观察不同的成像情况，什么时候成放大的缩小的像，什么时候成正立的倒立的像，当出现一种与前面不同的特点时，量出物距、像距，与焦距相比较，并写在学案上，学生的实验目的强。但课堂上也呈现出严重的问题，表现在两方面：（1）学生在光屏中观察的像并不是最清晰的像，加上透镜质量不高，标注的焦距值与真实值有差距。有时前移和后移较小距离时像的清晰度不明显，于是去量物距与像距，往往得出与规律相悖的结论，干扰了学生的思维。（2）若学生在发现不同的成像特点后，不能用u>2f、f< u<2f、 v<2f、f< v<2f等式子表述位置，脑海中只是形成了凸透镜成像是可以放大，也可以缩小；可以正立，也可以倒立等一堆结果，认知上比原来认为凸透镜仅是放大镜进了一步而已。

教法三：各个知识点间的衔接环环相扣，知识的形成过程呈现由浅入深的阶梯式上升特点，通过flash显示吸引学生进行观察分析，让学生“有所见，有所得，有话可说”；能将物距的不同与实验现象的因果关系直观展现出来。现象对知识形成的思维指向清晰，引发学生关注两组信息之间的关系并总结。缺点是flash显示的现象让学生觉得有点“虚”，不像常规实验观察到的现象来得“真”，而下一节的学生验证性实验能弥补这个不足。

4 教学效果比较

笔者在白云区一所生源质量属中下游学校的初二两个水平相近的班级做了一个学习效果比较。对比班51人，以教法2的方式授课；实验班47人，其中以教法3的方式授课（由同一老师执教），在下一节课两班都安排在实验室进行学生实验测评。在学生动手前让他们将f=10cm的凸透镜放在光具座的中间，并让学生在凸透镜两侧分别在光具座对应的位置标出凸透镜的f 和2f（用粉笔点出来）。

引导学生把上一节所学知识回忆并表述出来，以两人为一组设计实验，并将观察到的现象及测量的数据填入表2，实验完成后进行实操考试。

每个学生做完分组实验后到主考老师（2～3名）前进行单独的考查。教师前摆放了与学生实验相同的一套器材（如图1，但撤去光屏），教师讲出题目，学生按题目操作。

（1）使蜡烛成放大的实像，蜡烛应放在什么地方？光屏大致在哪里时能得到它的像？

（2）如果这个凸透镜作为照相机的镜头，在什么地方得到它的像？成像规律怎样？注意：教师将烛焰放在凸透镜右侧u>2f。

（3）当蜡烛移动到F点与O点之间时，在光屏上能不能看到烛焰的实像？这时，怎样观察蜡烛的虚像？说出你观察的方法。

结果对比班51人中能全部正确操作的学生有27人，占52.9%；实验班47人中全部正确操作通过的有42人，占89.4%。

5 成果的推广

（1）中考情况分析。广州市中考每年将凸透镜成像规律作为必考点，并都以选择题形式出现。2008年至2013年连续六年的得分率见表3。笔者比较几年的数据发现，2010年只是考查近视眼和远视眼的矫正，不属于成像规律的考查；2011年成像规律考查得分率没有单独统计。一般全市考试难度在0.45左右，反映了凸透镜成像规律对初中生确实是难点。

（2）区域推广情况。白云区生源质量在2005年至2010年位于广州市十二区县的第6至第8位，在本知识点上的得分接近市平均线（得分平均1.25分）。2011年将教法三进行全区62所学校的推广（实际问卷调查还有13所学校没有采用）。在区域考查本知识点且与中考难度相当，进行了全区质量分析后发现：白云区无论是初二的期末考还是初三的模拟考，本知识点的得分率提升到0.62左右（得分平均1.86分）。表明难度较高的知识得到了根本的突破，近两年由于还有其他成果的推广，区域整体物理均分排在全市第三位。

6 教学反思

教法二与三呈现的效果迥异！关键是：（1）教法三紧紧抓住了“两点分三区”的主线使学生从整个教学流程中真实体验到透镜成像的三种不同的性质。在flash的展示中教师的作用特别重要，语言的引导和操作时拨动蜡烛的快慢程度要掌握好，必须要凸显前后成像不同是在两交界点（u=f和u=2f）发生质变，使学生的注意力和思维聚集于这两点分成的三个成像不同的区间。（2）知识的呈现方式不同，导致学生参与学习的兴趣相差甚远。通过老师适当的引导大多数学生都能发现两个特殊点，学生判断正确并看到显示与自己相符的情境，会增强成功感并以发现者自居；学生参与课堂学习的积极性更能被激发，教学目标的达成度会更高。（3）课堂提问要在预设目标与学生认知能力之间有针对性地作好铺垫，从好、中、差各类学生的实际出发，有不同层次的要求，进行不同层次的教学，从提问的方式、问题的难易程度、给学生留有充分交流的时间等方面综合考虑。可能有些学生一时反应不过来，但在同伴的帮助启发下同样能获得成功的体验，在各自的“最近发展区域内”得到充分的发展。（4）各种教学策略都有它有利的一面，同时又有它的弱点，如何取长补短，将各种优点揉合在一起，确实值得我们在今后的教学中不断去思考和创新。客观地看，若生源质量较好的学校用教法二能提供给学生更广阔的空间，思维批判能力强的学生经过艰难的探索得出正确的结果，对他们创新思维的培养是很好的契机。而对生源质量不太好的学校用教法二，会导致更多的学生面对失败，会害怕今后的物理学习。

参考文献：

[1]彭前程.物理（八年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2006.

（栏目编辑 赵保钢）

摘 要： 本文通过分析初二学生的认知特点及其在学习凸透镜成像规律时的思维特性，比较三种教学策略下同一层次的学生的学习适应性与教学效果的差异。

关键词：认知水平；教学方法；效果比较

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）11（S）-0008-4

1 教材与学生认知水平分析

1.1 教材分析

人教版八年级物理上册第三章第二节先编排《生活中的透镜》，利用学生对照相机、投影仪、放大镜的感性认识展开分析，令学生对这三种仪器的成像规律有全面的了解，并通过三条特殊光线的成像特点阐述实像与虚像的区别。在第三节再安排学生自主探究凸透镜成像规律。

1.2 学生现有知识水平分析

初二学生年龄在14、15岁左右，刚学习了两个多月物理，前面学习的知识难度较符合学生的学习水平，学生也参与过一些较简单的探究实验。该内容的学习障碍表现在：成像探究实验涉及的实验器材多、记录的数据多、操作过程复杂；相关的概念多，对物距、像距、焦距概念的认识模糊不清，尤其是对u>2f、v<2f、f< v<2f、f< u<2f这些式子表示的物理意义及区别不够理解。他们的储备知识有：（1）大概知道上述三种仪器的成像的大小特点，但并不认为照相机、投影仪的镜头是凸透镜，往往将凸透镜等同于放大镜；（2）通过前面的学习知道凸透镜能将平行光线折射会聚，但对通过光心的光线传播方向不变认识不深。

探究凸透镜成像规律的活动是初中阶段一个很难的探究实验。因此，既要让学生积极参与探究活动的全过程，又要避免探究活动成为无序的课堂游戏，对教师的教学能力提出了很高的要求。

1.3 学生对本知识点的学习情况

据了解，学生对凸透镜成像规律的认识不是很透彻，大多数学生采用死记硬背的形式，导致他们对考查比较灵活、动手操作类的知识的应变能力差，题目得分率偏低。

2 目前常用的三种教学方法

2.1 教法一的教学流程

2.2 教法二的教学流程（按课本的编排采用探究式教学）

让各小组学生先测出凸透镜的焦距，并指导学习认识焦点、光心、焦距、像距、物距的概念。

2.3 教法三

用多媒体flash展示如图2所示。

3 几种教法分析

教法一：知识的传授过程思维逻辑性严密，实验与理论相结合，理论上从特殊光线的作图得出规律，再用实验验证。知识的生成自然、严谨，较为直观地反映了三种成像的规律，但对学生而言，他们的注意力往往被带到知识的结果——“凸透镜成像的三种特征”。由于知识生成过程的“滴水不漏”，有较强的权威性，削弱了学生思维的广度，参与的空间被压缩了。

教法二：让学生以发现者的角色去自主探寻凸透镜成像的规律，在探究过程侧重于让学生观察不同的成像情况，什么时候成放大的缩小的像，什么时候成正立的倒立的像，当出现一种与前面不同的特点时，量出物距、像距，与焦距相比较，并写在学案上，学生的实验目的强。但课堂上也呈现出严重的问题，表现在两方面：（1）学生在光屏中观察的像并不是最清晰的像，加上透镜质量不高，标注的焦距值与真实值有差距。有时前移和后移较小距离时像的清晰度不明显，于是去量物距与像距，往往得出与规律相悖的结论，干扰了学生的思维。（2）若学生在发现不同的成像特点后，不能用u>2f、f< u<2f、 v<2f、f< v<2f等式子表述位置，脑海中只是形成了凸透镜成像是可以放大，也可以缩小；可以正立，也可以倒立等一堆结果，认知上比原来认为凸透镜仅是放大镜进了一步而已。

教法三：各个知识点间的衔接环环相扣，知识的形成过程呈现由浅入深的阶梯式上升特点，通过flash显示吸引学生进行观察分析，让学生“有所见，有所得，有话可说”；能将物距的不同与实验现象的因果关系直观展现出来。现象对知识形成的思维指向清晰，引发学生关注两组信息之间的关系并总结。缺点是flash显示的现象让学生觉得有点“虚”，不像常规实验观察到的现象来得“真”，而下一节的学生验证性实验能弥补这个不足。

4 教学效果比较

笔者在白云区一所生源质量属中下游学校的初二两个水平相近的班级做了一个学习效果比较。对比班51人，以教法2的方式授课；实验班47人，其中以教法3的方式授课（由同一老师执教），在下一节课两班都安排在实验室进行学生实验测评。在学生动手前让他们将f=10cm的凸透镜放在光具座的中间，并让学生在凸透镜两侧分别在光具座对应的位置标出凸透镜的f 和2f（用粉笔点出来）。

引导学生把上一节所学知识回忆并表述出来，以两人为一组设计实验，并将观察到的现象及测量的数据填入表2，实验完成后进行实操考试。

每个学生做完分组实验后到主考老师（2～3名）前进行单独的考查。教师前摆放了与学生实验相同的一套器材（如图1，但撤去光屏），教师讲出题目，学生按题目操作。

（1）使蜡烛成放大的实像，蜡烛应放在什么地方？光屏大致在哪里时能得到它的像？

（2）如果这个凸透镜作为照相机的镜头，在什么地方得到它的像？成像规律怎样？注意：教师将烛焰放在凸透镜右侧u>2f。

（3）当蜡烛移动到F点与O点之间时，在光屏上能不能看到烛焰的实像？这时，怎样观察蜡烛的虚像？说出你观察的方法。

结果对比班51人中能全部正确操作的学生有27人，占52.9%；实验班47人中全部正确操作通过的有42人，占89.4%。

5 成果的推广

（1）中考情况分析。广州市中考每年将凸透镜成像规律作为必考点，并都以选择题形式出现。2008年至2013年连续六年的得分率见表3。笔者比较几年的数据发现，2010年只是考查近视眼和远视眼的矫正，不属于成像规律的考查；2011年成像规律考查得分率没有单独统计。一般全市考试难度在0.45左右，反映了凸透镜成像规律对初中生确实是难点。

（2）区域推广情况。白云区生源质量在2005年至2010年位于广州市十二区县的第6至第8位，在本知识点上的得分接近市平均线（得分平均1.25分）。2011年将教法三进行全区62所学校的推广（实际问卷调查还有13所学校没有采用）。在区域考查本知识点且与中考难度相当，进行了全区质量分析后发现：白云区无论是初二的期末考还是初三的模拟考，本知识点的得分率提升到0.62左右（得分平均1.86分）。表明难度较高的知识得到了根本的突破，近两年由于还有其他成果的推广，区域整体物理均分排在全市第三位。

6 教学反思

教法二与三呈现的效果迥异！关键是：（1）教法三紧紧抓住了“两点分三区”的主线使学生从整个教学流程中真实体验到透镜成像的三种不同的性质。在flash的展示中教师的作用特别重要，语言的引导和操作时拨动蜡烛的快慢程度要掌握好，必须要凸显前后成像不同是在两交界点（u=f和u=2f）发生质变，使学生的注意力和思维聚集于这两点分成的三个成像不同的区间。（2）知识的呈现方式不同，导致学生参与学习的兴趣相差甚远。通过老师适当的引导大多数学生都能发现两个特殊点，学生判断正确并看到显示与自己相符的情境，会增强成功感并以发现者自居；学生参与课堂学习的积极性更能被激发，教学目标的达成度会更高。（3）课堂提问要在预设目标与学生认知能力之间有针对性地作好铺垫，从好、中、差各类学生的实际出发，有不同层次的要求，进行不同层次的教学，从提问的方式、问题的难易程度、给学生留有充分交流的时间等方面综合考虑。可能有些学生一时反应不过来，但在同伴的帮助启发下同样能获得成功的体验，在各自的“最近发展区域内”得到充分的发展。（4）各种教学策略都有它有利的一面，同时又有它的弱点，如何取长补短，将各种优点揉合在一起，确实值得我们在今后的教学中不断去思考和创新。客观地看，若生源质量较好的学校用教法二能提供给学生更广阔的空间，思维批判能力强的学生经过艰难的探索得出正确的结果，对他们创新思维的培养是很好的契机。而对生源质量不太好的学校用教法二，会导致更多的学生面对失败，会害怕今后的物理学习。

参考文献：

[1]彭前程.物理（八年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2006.

（栏目编辑 赵保钢）