让科学探究真实发生

刘海涛

摘 要：科学探究是物理课程内容之一，又是重要的学习方式.通过对课程标准和教材的研读，给出了凸透镜成像规律科学探究教学设计活动过程，体会真实性科学探究.

关键词：科学探究;初中物理;凸透镜成像

文章编号：1008-4134（2020）06-0041    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

《义务教育物理课程标准（2011版）》明确指出，科学探究既是学生的学习目标，又是重要的学习方式[1].实际教学中，教师囿于课堂时间、教学观念等原因，往往对科学探究过程进行程式化处理，学生机械地按照教师给出的步骤操作，较少有深度思维发生，其本质依然是学生处于被动接受的状态.因此，深刻理解和领会科学探究本质，让科学探究真实发生，对于促进课程改革、凸显物理课程理念、发展核心素养等方面都有着十分重要的作用.下面以凸透镜成像规律为例，谈谈如何实施真实的科学探究教学.

1 教学过程

活动一 观察凸透镜所成的像.

教师：同学们看，调节凸透镜、白纸（光屏）到合适的位置时，我们发现白纸上出现了教室对面图书馆的像.（活动时拍摄的照片如图1所示）

学生：哇，好神奇！

教师：要想在光屏上接到凸透镜所成的像，是否需要什么条件呢？

活动二 学生尝试在光屏上找像.

教师：接下来，同学们自己动手试一试，看能否找到凸透镜所成的像.

（教师向学生出示光具座，用LED灯做成的字母“F”光源作为发光物体，如图2所示.）

学生：自己摸索在光屏上找到物体的像.

教师：同学们都在光屏上找到了像，你們有什么发现吗？

学生1：光屏上的像有时比物体大，有时比物体小.

学生2：光屏上的像都是倒立的.

教师：你们发现什么情况能得到放大的像，什么情况下能得到缩小的像呢？

学生：物体离凸透镜较近的时候，得到的像较大;物体离凸透镜较远时，得到的像较小.

教师：由此可见，物体到凸透镜的距离，可能会影响到成像的性质.我们把物体到凸透镜的距离叫做物距.

教师：同学们在用光屏去承接像时，光屏放的位置需要改变吗？

学生：要改变，而且缩小像时，光屏要离凸透镜近点，放大像时，光屏要离凸透镜远点.

教师：由此可见，在用光屏去承接像时，对光屏放的位置也是有一定要求的.接下来，我们就通过实验探究，要想在光屏上得到大小不同的像，物体和光屏究竟应该放在什么位置（即物距、像距是多少）？有何规律？

活动三 在光屏上找缩小的像，记录物距和像距.

教师：同学们的实验台面上有两种不同规格的凸透镜，焦距分别是10cm和5cm，请同学们任意选择一种或两种进行实验，在光屏上找到一个缩小的像，并记录物距和像距填入表1中.为了能准确找到成像的规律，要进行多次实验.

学生：动手操作，寻找缩小的像.

教师：巡视，指导个别学生进行实验操作，请学生把有代表性数据填入表格.

活动四 在光屏上找放大的像，记录物距和像距.

学生：选择不同焦距的凸透镜进行实验，记录实验数据.

教师：巡视，指导个别学生进行实验操作，请学生把有代表性数据填入表格.

活动五 在光屏上能找到与物体等大的像吗？

教师：老师刚才在巡视的过程中发现，有的同学找到的像和物体相比，缩小或放大的不是很明显，甚至看起来好像大小一样.同学们觉得光屏上会不会有等大的像出现呢？

学生：有……

教师：仅用肉眼观察能否判断大小一样？

学生：可以用尺子量一下字母“F”像与物的宽和高就知道了.

教师：回答得非常好！同学们试一试，看能否找到等大的像，如果能，记录物距和像距.

活动六 数据分析.

教师：能在光屏上找到等大的像？

学生1：能，我们反复调节，只能得到一次等大的像，此时物距和像距几乎相等，即 v=u=10cm.

学生2：我们也是只能找到一次等大的像，像距和物距相等，但是v=u=20cm.

教师：为什么不同组同学得到等大实像是在不同位置呢？请同学讨论交流一下.

学生：我们用的是不同的凸透镜.

教师：不同在什么地方？

学生：焦距不同，一个焦距是10cm，一个是5cm.

教师：看来不同的凸透镜要得到等大的像，物距是不同的，那它们遵循什么共同规律吗？

学生：不管是哪种凸透镜，要得到等大的像，都必须要求物距u=2f.

教师：小组讨论交流，分析表1和表2的数据，看光屏上得到缩小的像和放大的像时，遵循什么规律？

学生1：u>2f，光屏上可以得到缩小的像;2f>u>f，光屏上得到放大的像.

学生2：要想接到清晰的像，光屏放的位置也有规律.u>2f，光屏上得到缩小的像时，光屏到凸透镜的距离（即像距）应该满足2f>v>f;2f>u>f，光屏上得到放大的像时，像距应满足v>2f.

学生3：物体离凸透镜越远，光屏上像变得越小;物体离凸透镜越近，光屏上像变得越大.

学生4：像能用光屏接收到，说明是实像，且都是倒立的.

学生5：光屏上得到缩小实像时，vu.

学生6：像和物位于凸透镜的异侧.

活动七 找凸透镜成正立、放大的虚像.

教师：刚才我们探究了物体通过凸透镜可以在光屏上得到不同性质的像，同学们看这种现象？你在生活中见过吗？（如图3所示）

学生：是放大镜.

教师：同学们试一试，物体放在距离凸透镜多远才能得到这种像？用光屏是否能接到像？记下物距的大小.（为了能看到各个位置放大像的全貌，此处可以用烛焰作为光源）

学生：动手操作.

教师：请同学根据实验数据（见表3），分析得到这种像的条件及像的特点.

学生1：必须满足物距u

学生2：像始终是正立放大的，且不能呈现在光屏上，是虚像.

学生3：物体距离凸透镜越近，像放大的程度越小;离凸透镜越远，像放大的程度越大.

学生4：从光屏一侧通过凸透镜才能看到像，说明像和物在凸透镜的同侧.

活动八 实验评估.

教师：同学们探究过程中，有没有发现新的问题？或者探究方案有没有不足之处呢？

学生1：利用光具座上刻度尺读取物距和像距的时候，容易出错.

学生2：判断光屏上的像是放大还是缩小时，有时候看的不是很明显，用尺子去量也不方便，可以把光屏直接做成带有刻度的，像光具座那样.

学生3：有时候成的像太大，超出了光屏的范围，可以把光屏做大点.

学生4：在看正立放大虚像时，把物体远到一定程度时，又看到了倒立的像.

教师：有同学实验过程中，像出现在了光屏偏上或偏下位置了，你们如何解决的？试一试.

学生5：可以通过调节光屏或凸透镜的高度使像呈现在光屏中央.

……

2 教学反思

学生在生活中见过凸透镜，但对于物体经过凸透镜能在光屏上成像还没有感性认识.从学生观察凸透镜能在光屏上成像引入，能很大程度上激发学生兴趣，引起探究欲望.

对生活中的物理现象进行简化，把发光体（物体）、凸透镜、光屏放在光具座上，让学生经历找像的过程.既能让学生体验到对物理问题进行简化处理、建立模型的研究方法，又能让学生体验找到像时带来的成就感和愉悦的情感体验，为课堂学习注入积极的情感体验，提高课堂学习效率.还能让学生在光屏上找像的过程中，发现光屏上既可以出现缩小的像，也可以出现放大的像，为探究的问题做好铺垫.同时，学生在找像的过程中，能感性认识到物体到凸透镜距离不同时，导致光屏上的像不同，为学生进行合理的猜想与假设提供依据.

分析数据时，让学生从光屏上得到等大的像入手，结合不同凸透镜，学生在不同数据中找到相同点，即物距等于两倍焦距时，可以在光屏上得到等大的像.在此基础上，再引导学生分析光屏上得到缩小像和放大像时，物距需要满足什么规律，降低了学生分析数据的认知难度.最后再分析成正立、放大虚像时，学生得出结论也就水到渠成了.

从观察现象形成探究问题，到基于客观事实的猜想，再到动手实验、分析数据得出结论，体现了知识的发展过程，符合学生的认知过程，也是科学探究的过程.义务教育课程标准对于科学探究能力的基本要求作了详细描述，科学探究能力的基本要求指标很多，一节科学探究课不可能也没必要涉及所有能力的培养.本节课着重在收集实验数据和分析实验数据得出结论两方面加强对学生科学探究能力的培养.

3 结语

物理教学中，要想让科学探究真实发生，首先要求教师必须转变教学观念，不能只为知识而教，更应该关注知识产生过程，关注学生科学思维、科学探究能力发展.在此基础上，教师要认真研读教材和学生，了解知识发展的内在逻辑关系，考虑学生认知水平及认知习惯，设计适合学生探究的课堂教学流程，才能让学生经历真实的探究过程，获得核心素养全面发展.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理（八年级上册）[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2012.

[3]贾丽，朱文军.探究凸透镜成像规律实验比较研究[J].物理教师，2013（1）：44-46.

[4]彭佳，许桂清，吴先球.六种版本初中教材“探究凸透镜成像规律”实验的比较与启示[J].物理教学探讨，2019，37（09）：22-25.

[5]李明.“探究凸透鏡成像规律”实验光源的改进[J].科学咨询（科技·管理），2019（08）：140.

（收稿日期：2019-11-24）