谈谈探究凸透镜成像的设计

陈昭晓

探究凸透镜成像规律是初中光学部分的重点和难点，是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”顺利过渡到实际“应用”，有承上启下的作用。本节课的主要内容，就是让学生通过科学探究的活动，找出凸透镜成像的规律。使学生在全过程中自主研究，体验科学探究的全过程，从而培养科学研究方法，得出清晰的凸透镜成像规律。

新课程标准突出了探究性学习过程，使科学知识内容由简单的获取向理解科学过程转变。根据新课程理念，一些教师在本节课的教学过程中会事先设计好如下实验表格：

这样的设计，使这节内容变为验证性质的实验课而非探究性学习，甚至有学生会疑惑，为什么选择的是2倍焦距，而不是3倍或4倍焦距，也往往将学生的思维锁定在表格设计的范围内。

我认为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。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，给予学生必要的指导。

在新课引入方面我们可以这样设计：上节课我们已经学习了生活中的透镜，知道照相机、投影仪和放大镜的成像特点，学生也能粗略了解使用照相机时，物体要离凸透镜较远，而使用放大镜时，物体要离凸透镜较近，使用投影仪时物体离凸透镜不能太远也不能太近，从而知道凸透镜成像的特点可能与物体到凸透镜的远近距离有一定关系。紧接着进一步让学生用这节课的实验凸透镜看一看近处的文字，或者看一看远处的景物，让学生进一步知道我们实验用的凸透镜和照相机、投影仪的镜头和放大镜是同一种仪器，从而进行本节课的探究实验。在新课教学中，老师不妨在不告诉学生凸透镜焦距是多大的情况下要求学生利用实验凸透镜先在光屏上形成一个缩小的像，利用小组间的竞争特点，可以在黑板或实物投影片上让已经做出实验的小组负责人将本组实验的物距和像距写在黑板或实物投影片上，一定要告诉学生，如果你的数据和其他组的学生一样，就必须重新进行实验，直到在得到一个清晰缩小像的同时，你的像距和物距又和其他组的数据不同，教师做这样的要求，无疑在这种合作和竞争的环境下又让学生多次进行实验，得到不同数据，为下一步让学生找出实验规律提供有效的数据支持。（要求实验中凸透镜的焦距都是相等的）

例如学生得出如下数据：

由于实验中学生是随机上来写本组实验数据的，老师可以根据学生的实际能力做适当引导，如果学生分析能力较差，我们就可以引导他们把物距按照大小排序完再进行实验分析。

学生基本上能得出以下实验结论：

（1）物体在光屏上成清晰倒立缩小实像的条件是：像距小于物距；

（2）当物距越大时，像距越小（即物远像近的重要特点）。

我们在得到物体成清晰倒立缩小实像的数据时，不妨让学生思考：如果将物体放在原来光屏位置的时候（即原来的像距变为物距时），它的像距和成像有什么特点？此设计方案目的是让学生进一步知道折射现象中光路的可逆性，学生进行此实验的过程实际上是进一步熟悉实验操作，很容易得出以下结论：

（1）物体在光屏上成清晰倒立放大实像的条件是：像距大于物距；

（2）当物距越大时，像距越小（即物远像近的重要特点）。

此时课堂讨论会进入高潮部分，教师可以做适当引导：根据实验数据，物距在30cm（a点），像距在15cm（b点）得到一个缩小的实像；物距在15cm（c点），像距在30cm（d点）得到一个缩小的实像。（如图所示）由测量数据可以推出：当物体从c点向左移动，同时将d点处的光屏向左移动时，在光屏上能形成一个与物等大的像；当像距等于物距时，像的高度等于物体的高度。

这样引导，学生能很自然地推理得到。学生通过实验实际操作时，当物距在20cm，像距在20cm，得到一个等大的实像。

这时教师可以直接告诉学生实验中的凸透镜的焦距大小是10cm，也可以用平行光源测出实验凸透镜的焦距。这时学生会很自然地想到20cm即两倍焦距是放大和缩小像的分界点。进一步可以探究，物体在焦点时（物体在1倍焦距）凸透镜成什么样的像，学生通过实验发现得不到物体的像，把物体放在1倍焦距以内，无论怎样移动光屏都接受不到凸透镜成的像，但在凸透镜的一侧通过凸透镜观看蜡烛，看到一个正立放大的像，由于这个像光屏接受不到，我们把它称为虚像。此时可以用光路图（如图）对虚像进行讲解，让学生进一步了解虚像的概念。

在学生总结规律的情况下教师可以进一步补充说明：1倍焦距是凸透镜实像和虚像的分界点，2倍焦距是凸透镜放大像和缩小像的分界点。

进而给学生展示“两点三段”的成像特点：（用u表示物距，v表示像距，f表示焦距）

当u>2f成倒立、缩小实像2f>v>f；

当u=2f成倒立、等大实像v=2f；

当2f>u>f成倒立、放大实像v>2f；

当u=f不成像；

当u

探究性课能激发学生求知欲，启发学生动脑思考问题。在教学设计中尽可能不把学生的思维限制在实验报告上，我们教学中我们既要重视知识和技能，更要重视过程与方法，以及情感态度与价值观，使学生在今后的工作和发展中受益无穷。