精设计重探究

摘 要：笔者在认真研究苏科版教科书第四章第四节“照相机与眼球视力的矫正”编写意图的前提下，不拘泥于教材，瞄准重、难点，设计了三个学生活动，利用学生已有的知识与技能，开展实验探究，激发学习兴趣，提高实验技能，突出研究方法，注重科学思维.

关键词：知识与技能;最近发展区;实验探究;科学思维

文章编号：1008-4134（2019）16-0030    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

基金项目：江苏省中小学教学研究课题第十一期立项课题“初中物理综合实践活动课例实施的校本研究”（项目编号：tzsjy2015015）.

作者简介：张正太（1960-），男，江苏阜宁人，本科，中学高级教师，江苏省特级教师，研究方向：中学物理教学.

1 教材、学情分析与处理

《义务教育物理课程标准（2011年版）》对“透镜”的要求是：认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用;探究并知道凸透镜成像的规律;了解凸透镜成像规律的应用.上述要求，对于凸透镜的成像，既有过程性要求，又有终结性要求，即学生要通过实验探究来总结凸透镜成像规律，提高了实验技能，同时也要知道这个规律，并了解这个规律在实际中的应用.苏科版义务教育教科书《物理》（2012版）就第四章“光的折射 透镜”内容的编写，总体上：重视学生的生活经验，强调在“做”中学，强调在解决问题的过程中学习;结构的设计關注学科知识的逻辑顺序与学生认知发展规律的统一;关注科技发展，注重学生探究意识和科学精神的培养[1].

本章内容，先实验探究认识折射规律，并在学生已经具备相当多的对透镜的感性认识的基础上认识凸、凹透镜的会聚与发散，再探究凸透镜成像规律，而“透镜”的重点是凸透镜成像规律及其应用.

就“应用”而言，教科书选择了与学生自身以及学生生活和社会发展有密切联系的“照相机与眼球 视力的矫正”“望远镜与显微镜”等教学内容.其中“照相机与眼球 视力的矫正”一节内容，更为贴近学生生活，更能落实“课标”的要求，是“应用”部分的重中之重，也是中考的热点，从知识结构来看，本节实际介绍的是“凸透镜成倒立、缩小的实像”的应用.教科书从容易激发学生求知欲的照相机入手展开教学，了解照相机的主要构造和基本原理，借助比较和类比，较为顺畅地展开“眼球”的教学.但笔者以为就眼球与照相机的“调焦”问题的差异，即视力正常的眼球看清远近不同的物体时晶状体凸起程度的变化而引起的焦距变化规律，教科书上并未揭秘，这就无法直接得到近、远视眼观察物体的缺陷及成因.关于“视力的缺陷与矫正”，教科书是从已配戴近视镜学生的经验入手，所安排的实验活动是“模拟探究近视眼的缺陷”，而不是“视力的矫正”，这样做是能探究说明近视眼直接看远处物体像会落在视网膜前，而配戴合适的凹透镜发散后，能使像后移到视网膜上，从而降低了学习难度.但就近视眼的成因及矫正而言，形成问题的情境、探究问题的意识、运用知识解决实际问题的能力打了折扣，不利于学生的科学思维、创新意识的培养.

笔者以为学生实验“探究凸透镜成像规律”所总结得到的成像特点及实验技能，已具备揭秘“实验探究：眼球调焦”的活动能力，要瞄准学生的最近发展区，在补充照相机“调焦”的实例训练的基础上，基于对照相机的认识，借助比较和类比眼球与照相机：镜头——晶状体、胶片——视网膜;重点放在眼球的“调焦”，增加一个探究性实验活动，让学生总结、交流，得出眼球调焦过程中晶状体的焦距随观察物体远近的变化规律，使得这一关键问题得到了有效的突破.关键问题的解决，也为近、远视眼的成因及视力矫正的实验探究创造了问题情境，为学生运用物理知识分析解决这一问题的能力提供了科学思维的契机，接下来安排“视力的矫正”实验活动.关于培养学生自觉保护视力的良好习惯的落实，可让班上配戴近视镜的学生现身说法，排查学生在日常学习生活中一些不良用眼行为，自觉养成保护视力的良好习惯.至于“生活·物理·社会”中提及的投影仪、放映机原理及视觉暂留现象，教科书是插入在“照相机与眼球”与“视力的缺陷与矫正”之间，笔者以为夹在之间讲不够顺畅.这部分内容不影响本节的探究活动，且便于自学了解，故以课前预习自学为主，课堂上学习了“视力的矫正”之后，由学生交流展示.

2 教学流程的设计

2.1 课前准备题及设计意图

要让“科学探究”变为教师常态课上的自觉行动，在探究活动中，既要体现教师的导向作用，又要能充分发挥学生的主动性和创造性.笔者通常以自编的“导学案”为文本，有效开展教学活动.导学案上的“课前准备”栏目是向课前延伸，为考虑物理学科教学的特点，笔者确定课前预习、复习内容所遵循的原则是：可将学生已有的新课中必备的知识与技能的复习放至课前;将一部分便于自学，且不影响探究过程的新课内容放在课前;将收集社会、生活活动中的相关信息，以及小制作、小体验等问题的解决放到课前.尽可能保证“科学探究”所需要的时间[2].为此，本节课笔者布置了这样四道课前准备题.

题1 完成包括表格中空格在内的凸透镜成像规律及变化特点的填空.（加强理解和记忆）

凸透镜成像的变化特点是：（1）物在倍焦距内外分像的放大与缩小;物在倍焦距内外分像的虚与实.（2）物移近焦点像变，像（移近/远离）透镜;物远离焦点像变，像（移近/远离）透镜;像、物（同向/反向）移动.（3）放大的像，像距物距;缩小的像，像距物距.（4）物、像的连线必通过.

题2 如图1所示，小明在探究凸透镜成像实验时，将蜡烛、光屏分别置于光具座上透镜的两侧，调整透镜和光屏的中心大致与烛焰的中心在（同一直线/同一高度）上，并尽可能调整凸透镜、光屏使之与光具座保持，当发现光屏上的像偏向光屏中心的左侧时，此时小明应微微转动（透镜/光屏）的方向使像成在光屏正中央，说明烛焰和光屏的中心位于凸透镜的;左右调节光屏的位置至图1所示时，光屏上的像最清晰，此像的性质是.因探究需要，小明将凸透镜、光屏调至靠近光具座右端，并将透镜移到距光具座右端25cm处固定，同时保持光屏到透镜的距离一定，分别更换焦距为8cm、10cm、12cm的凸透镜实验，左右调节烛焰的位置，且保证光屏上都能成倒立、缩小的清晰像，你认为透镜到光屏间距离（像距）应在范围内才能实现.

题3 根据图2中光的传播方向，在主轴上O点处填上合适的透镜.

题4 自学教科书P91“生活·物理·社会”，了解投影仪、电影放映机的成像原理;了解“视觉暂留”并按“做一做”自制教具、体验视觉暂留（课上交流展示）.

分析：题1、2为学习新课时学生必备的物理知识和实验技能.其中“题1”的成像变化特点，为所成虚、实像的共性特点，有助于解决凸透镜成像应用的分析与调节，便于分析推断近、远视眼的成因.其中“题2”的上半部分将组装并调整实验器材、使烛焰和光屏的中心位于凸透镜的主光轴上真正落实到实验操作的过程之中;最后一空，体现凸透镜成像规律的应用分析能力，既能保证学生课前认真思考，又能为课上完成探究活动争取时间.

题3服务于视力的矫正分析及实验探究.

题4学生课前自学，课堂留到最后交流展示.

2.2 “照相机与眼球”的教与学

先从照相机入手展开本节教学，激发学生的求知欲望，了解其主要构造、基本原理及“调焦”问题，再借助比较和类比，开展眼球教学，实验探究晶状体自动调焦的规律.接着运用凸透镜成像的变化特点，分别就理论分析、实验操作两种方式探究“近、远视眼”成因及视力的矫正.

2.2.1 照相机的主要构造及“调焦”问题

（1）交流课前准备题1、题2，熟悉必备知识与技能;由“凸透镜成倒立、缩小的实像”的应用引出“照相機与眼球”.

（2）介绍“照相机”的主要构造：①照相机工作原理：即当u时，成像;②照相机的主要构造：镜头相当于一个，底片相当于.在底片上能成一个像.

（3）照相机的调节：①小知识：简单介绍“光圏”“快门”——主要控制胶片的感光量;②调焦：调节镜头到胶片间的距离.

（4）实例（调节方法）：一照相机的镜头焦距一定，但镜头可以前后伸缩，小祥用它刚拍好远景后改拍近景时，应将镜头（前移/后缩）来调节镜头到胶片间的距离，使底片上成像清晰.若要使底片上的像减小，应将相机镜头（远离/靠近）被摄物体，并将镜头（前移/后缩）.

上述就照相机调节的实例分析，既是为了满足学生的好奇激发其求知欲望，活化成像规律及变化特点的运用，更是为了引出眼球的调焦问题.

2.2.2 眼球的主要构造及“调焦”问题

（1）对比和类比照相机，完成眼球主要构造填空：人的眼睛中的相当于一个凸透镜，视网膜相当于照相机内的，来自物体的光经人眼后在视网膜上成一个像.

（2）“信息快递”创设晶状体怎么自动改变焦距看清远、近物体的探究课题.

①信息快递：眼球的视网膜到晶状体的距离保持不变;视力正常的人，观察远近不同的物体时，人眼可以通过调节肌肉的松紧来改变晶状体的弯曲度，即改变晶状体的焦距，使物体都能在视网膜上成清晰的像.

②提出问题：人眼由观察近景逐渐改为观察远景时，晶状体的焦距是逐渐变长还是变短？

（3）活动1 探究晶状体的自动调焦

①器材及探究步骤：光具座、光屏、烛焰、焦距为8cm、10cm、12cm的凸透镜各1片.先用手触摸透镜的平凸程度，对比区分出三透镜各自对应的焦距值（越凸起的透镜焦距越小）;再利用这些器材参照“课前准备”题2的操作程序，并保持像距v=15cm不变，完成实验探究活动，并将三次实验所测物距填入表2中;分析所测数据，发现“调焦”规律并集体交流.

②结论（眼球的“调焦”）：视力正常的眼球，看景物由近到远时，晶状体在周围肌肉的调节下变得扁平而焦距随之变长，使得像总是能成在视网膜上（像距基本不变）.

上述探究性实验活动中，学生用手触摸对比，发现扁平的凸透镜焦距长，越是凸起的焦距越短，且印象深刻（特别提醒：对于较为精密的光学仪器，如摄像器材的镜头片不能用手触摸）;通过实验探究和交流，激发了学生的学习兴趣，探究意识、交流合作精神得到加强，分析概括、获取新知识的能力得到提升，还能更为顺畅地解决近、远视眼的成因问题.

2.2.3 近、远视眼的成因及视力的矫正

（1）理论分析：①由近视眼的学生叙说“不配戴眼镜，只能看清近处物体，看不清远处物体”这一现象入手，近视眼看近处物体时的晶状体凸起，焦距短，改看远处物体时不能恢复，此时像就落在视网膜前方，若要使像仍能回到视网膜上，就该配戴具有发散作用的度数合适的凹透镜;

②仍由学生叙说家中患有远视眼的老爷爷，直接观察物体，能看清远处物体，看不清近处物体，是因为老人家看远处物体时的晶状体扁平焦距长，改看近处物体时不能恢复，此时像就落在视网膜后方，若要使像仍能回到视网膜上，就该配戴具有会聚作用的度数合适的凸透镜.

分析完成上述横线上的填空内容，关键是要紧扣凸透镜成像的变化特点“像、物同向移动”以及“例3”透镜的会聚与发散作用，即可迎刃而解.

（2）活动2 ①实验探究论证近视眼的成因及矫正：取焦距为8cm的凸透镜，且先按“活动1”的第1次位置放置（物在近处），“视网膜”上成清晰像;现将烛焰远离透镜（晶状体）移动后，欲找到清晰像，你的操作是将光屏向透镜（移近/远离）.这说明近视眼看不清（近/远）处物体，是因为像会落在视网膜的（前/后）方，若仍要将像落到原“视网膜”上，你在烛焰与凸透镜（晶状体）之间戴上的矫正镜应为度数合适的（凸/凹）透镜.②实验探究论证远视眼的成因及矫正：（参照①处理，即先按“活动1”的第3次位置放置……此处不再赘述.）

对于选取度数合适的矫正镜，笔者是通过播放验光师为近视的同学配镜试插镜片的视频来解决的，这也更贴近生活实际.上述有关“近、远视眼的成因及视力的矫正”的教学，是建立在“活动1”的基础上，采用理论分析推断、实验探究论证两种方法，理论分析推断活化了透镜知识的同时，还能指导实验操作，配戴近视镜的学生更是感同身受.两种方法，既有严谨的科学思维，又重实验探究，体现物理学科特点，印象更为深刻.

2.3 生活、物理、社会

2.3.1 电影与视觉暂留

提问课前“自学”内容，了解相关知识;交流展示“视觉暂留”现象.

2.3.2 活动3 观察探秘：一种专业相机的镜头

（1）问题的提出：小明观察到一专业摄像师站在同一位置对着远处的塔身，先后通过更换镜筒长短不一的镜头，拍摄了如图3-a、图3-b两张照片.小明就拍摄过程产生了这样的猜想：更换带有镜头的镜筒时，成像效果随所更换的镜头焦距及镜头到胶片的距离的变化应该存在一定的规律.小明为了探究其中的规律，先后选用了三个焦距分别为12cm、10cm、8cm的凸透镜，实验时应保持（像距/物距）不变，发现所成的像依次变（大/小）.请你根据实验结果判断专业摄像师在拍图3-a照片时所选照相机的镜头焦距较图3-b要些，镜头筒身长亦些.（先采用学生實验探究活动，完成前两空）

（2）分析：摄影师对着很远的塔身拍照，在更换镜筒时，镜头相对于胶片前后发生了改变，但与物距相比可忽略，故小明实验时应保持物距不变（这是物理学中处理实际问题时所采取的一种常用方法）;而图3-b照片相对于图3-a，塔身明显变大，根据小明实验所选用的三个不同焦距依次进行实验时，发现所成的像越来越小，且像距亦越来越近，可得出摄像师在拍图3-b所示照片时所选的镜头焦距较大些，镜头筒身长亦长些.因而我们平时观察到专业摄像师在拍很远景物时，总是要选筒身长且焦距要长一些的镜头镜拍照[3].

3 结语

本节课是以“综合实践活动”的形式呈现，在吃透编书人意图的基础上，不拘泥教科书，在学生可接受的前提下，以三个“学生探究活动”展开，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念;四道“课前准备题”，能引导学生运用所掌握的知识和技能，积极探究，让学生处于最近发展区，发现新知，不断激发学生的求知欲;活动过程，注重研究方法，体现科学思维和创新意识，凸显了学生核心素养的培养.

需要说明的是，分组实验所用的焦距分别为12cm、10cm、8cm的凸透镜，其中的8cm、12cm是要求供货商定制的.通常配备的凸透镜是5cm、10cm、15cm三种，无法完成眼球在观察远、近物体时的调焦功能;若用10cm、15cm两种凸透镜，也会受光具座的长度所限而无法完成实验探究，况且结论的严谨性也受质疑.当然，很多学校因透镜焦距不能满足要求，采用水透镜也能完成探究，只不过在完成“活动1、3”时，缺少了一个利用凸透镜成像规律分析确定像距、物距位置范围的思维训练，加之操作上也不够便捷.

若上述器材都受限，为保证“活动1、3”的顺利实施，教学中可让学生运用凸透镜的三条特殊光线中的两条，即“通过光心的光线，传播方向保持不变;平行于主光轴的光线，折射后必过凸透镜的焦点”，各自固定像距、物距，作成像光路图后对比，完成探究.这样更为便捷，但与实验探究相比，对兴趣的激发、实验技能的提升，不足亦为明显.活动1、3用作光路图探究的步骤，这里就不再赘述了.当然探究方法，若器材满足，笔者认为还是以实验探究为首选，这更能体现学科特点.

参考文献：

[1]顾仁权.合作探究中优化初中物理概念教学——以《物质的比热容》概念教学为例[J].华夏教师，2017（01）：28-29.

[2]孙彦彬，张正太.关于“物质的比热容”概念建构的探讨[J].物理之友，2017，33（11）：4-6.

[3]张正太.“透镜”知识之复习策略[J].中学物理教学参考，2011，40（07）：38-40.

（收稿日期：2019-04-27）