對一道凸透鏡成像習(xí)題的思考

王語益

(江蘇省蘇州高新區(qū)實驗初級中學(xué) 215000)

在初中物理中，凸透鏡成像問題內(nèi)容的探究應(yīng)用十分廣泛，并且凸透鏡成像問題的教學(xué)難度較高.在新課標(biāo)下，凸透鏡成像問題的理論推導(dǎo)過程與引導(dǎo)應(yīng)引起物理教師的關(guān)注.結(jié)合一道凸透鏡成像習(xí)題的思考，反思凸透鏡成像的規(guī)律與階梯法，并結(jié)合當(dāng)前凸透鏡成像教學(xué)中存在的不足和問題，找出正確的探究教學(xué)方法，提高凸透鏡成像教學(xué)的效果.

原題如圖1所示，凸透鏡豎直放置，凸透鏡焦距f，現(xiàn)有一點光源S在凸透鏡左側(cè)以凸透鏡兩倍焦距處為圓心，在經(jīng)過主光軸的豎直平面內(nèi)做順時針圓周運動，直徑為D，且f

圖1

筆者認(rèn)為該題相對來說超出了初中生的能力范疇，但也并非無從下手.該題從答案上看，并未考察學(xué)生對于所成的圖形的運動方向問題的掌握情況，而偏重于考察所成圖形的形狀問題.根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律，學(xué)生思考路徑大致分為兩種：一、物距在一倍焦距到兩倍焦距之間，像在兩倍焦距之外，成倒立放大的實像，物距在兩倍焦距之外，像在一倍焦距到兩倍焦距之間，成倒立縮小的實像，所成的像較之于物，縱向的放大與縮小，則選擇D；二、物體在一倍焦距到兩倍焦距之間，像在兩倍焦距之外，物距在主光軸上投影移動的距離小于像在主光軸上投影移動的距離，物體在兩倍焦距之外，像在一倍焦距到兩倍焦距之間，物距在主光軸上投影移動的距離大于像在主光軸上投影移動的距離，以2f處為界，所成的像較之于物橫向上的拉遠(yuǎn)與拉近，則選擇C；這兩種考慮方式都有各自的道理，但是都較為片面，將二者整合到一起思考，像在橫向與縱向都發(fā)生變化，故只能選擇B，B為此題正確答案.易錯處還在于，初中學(xué)生的知識水平不能理解2f并非是像的最高點，若要證明還需運用到高中學(xué)習(xí)的參數(shù)方程.

1 利用繪圖軟件，直觀解決物理問題

初中階段學(xué)生的學(xué)習(xí)特點由他們處于此年齡階段的學(xué)習(xí)、認(rèn)知特點所決定.在這個階段，他們往往需要感性的體驗，從而幫助他們建立理性的認(rèn)知.“聽見”、“看見”、“做到”這樣的體驗活動搭建起通往“知道”、“了解”、“行動”的階梯.

那么，這一類型問題推導(dǎo)證明過程對于初中生而言已然超出了他們的接受范圍.激發(fā)起他們解決問題的同時，如何給他們提供可實現(xiàn)的解決問題的辦法，也成為學(xué)生對于物理之美體驗的重要環(huán)節(jié)，是激發(fā)學(xué)生對物理問題充滿興趣的關(guān)鍵.

我們可以將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與教學(xué)緊密聯(lián)系到一起，利用幾何畫板，即可讓他們形象直觀的觀察到各種各樣的形狀所成的像，以該題為例：

圖2

如圖2，從凸透鏡光線傳播特點入手，利用兩根特殊的光線：入射光線平行于主光軸，折射光線過焦點；入射光線經(jīng)過光心，折射光線傳播方向不變.選取一系列特殊的點，把對應(yīng)的像點找到，不用多加說明，學(xué)生會看到這樣一個神奇的現(xiàn)象——成的像是一個橢圓.反之，對該圖的繪制與理解都進一步的促進學(xué)生對特殊光線作圖、凸透鏡成像規(guī)律了解的更加全面、掌握的更加透徹.

2 凸透鏡成像教學(xué)經(jīng)驗

通過對凸透鏡成像理論推導(dǎo)過程、結(jié)果的分析，可以看出無論采取哪種方式，都需要引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確的理解凸透鏡成像的原理，找到清晰的像，并能夠讀出正確凸透鏡成像問題中的物距和像距，從而總結(jié)出規(guī)律，進而解決實際問題.下面解決教學(xué)中的經(jīng)驗，對凸透鏡成像教學(xué)仍存在的問題進行梳理.

一是確定像困難，究其原因是對凸透鏡成像的概念理解不透徹，知識點掌握不扎實.凸透鏡成像是抽象與具體相結(jié)合的知識點，而找像困難并不是要求學(xué)生能夠在光屏上看到像，而是要如何確定清晰的像.根據(jù)教育學(xué)家閻金鐸教授的觀點，學(xué)生在運用相關(guān)知識之前，必須要能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思維模式并能夠接受新的邏輯思維方式.即很多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識之前，頭腦中已存在著一定的原有認(rèn)識，這種原有認(rèn)知中一部分會影響學(xué)生對新知識的理解.例如，很多學(xué)生在解題過程中，并沒有對確定像的方法和過程形成清晰的思路，如有的學(xué)生簡單的認(rèn)為物距在一倍焦距到兩倍焦距之間，像在兩倍焦距之外成倒立放大的實像，物距在兩倍焦距之外的像在一倍焦距到兩倍焦距之間，這種直觀的認(rèn)識并沒有經(jīng)過反復(fù)的比較與分析，并沒有對凸透鏡成像的原理形成清晰的認(rèn)識，這樣直接影響解題的準(zhǔn)確性.剖析學(xué)生確定像困難的原因，很大程度上是對凸透鏡成像的物距、像距等概念理解不透，導(dǎo)致在實際應(yīng)用過程中常常被題目設(shè)置的迷惑表象所困惑.例如在有關(guān)的實驗類問題，如果簡單的提出像距是什么，雖然學(xué)生可以機械的背誦像距的含義，但為什么會在解題中出現(xiàn)錯誤，究其原因是對概念的理解不透徹.像距是光屏中心到凸透鏡中心的距離，而不是光屏到光具座零刻度的距離，如果學(xué)生仍然采用刻度尺測量長度的方法，則很容易就回答是光屏到光具座零刻線的距離，這顯然是物理教師應(yīng)當(dāng)正確引導(dǎo)的知識.

二是凸透鏡成像理論推導(dǎo)的分析不足，評估意識不強.學(xué)生剛接觸凸透鏡成像問題，面對數(shù)量如此多、種類如此雜的數(shù)據(jù)很容易會覺得思路不清晰，感覺摸不著頭腦.而在這種情況下，教師如何引導(dǎo)不知道凸透鏡成像特點，如何讓學(xué)生更準(zhǔn)確的掌握凸透鏡成像規(guī)律呢？分析與論證是物理學(xué)科探究學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，要求學(xué)生可以從物理現(xiàn)象和實驗中學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)規(guī)律的探究方法，并能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識歸類及比較，充分運用到實際問題的解決之中.凸透鏡成像規(guī)律的知識是抽象而具體相結(jié)合的，這樣的知識特點是學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中沒有經(jīng)歷過，因而部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難快速總結(jié)出規(guī)律，顯然采取機械式的灌輸式的死記硬背法是無法取得良好的效果的.同時學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性會被削弱，在解決實際問題過程中學(xué)生自己少了自主歸納的環(huán)節(jié)，而是被動接受教師傳授的方法，這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)規(guī)律的過程中會不可避免地進行機械記憶.這是因為教師對凸透鏡成像規(guī)律的認(rèn)識是多年教學(xué)經(jīng)驗積累的，而學(xué)生是剛接觸凸透鏡成像規(guī)律的知識，需要教師更加細(xì)致深入的引導(dǎo)，如果缺乏啟發(fā)式教學(xué)，對凸透鏡成像理論推導(dǎo)引入不足，則無法幫助學(xué)生更好地理解凸透鏡成像的原理和掌握必要的解題方法.

針對以上問題，筆者提出幾點關(guān)于凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題課的建議，希望能對以后的教學(xué)有所助益.

一是注重設(shè)疑激趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性.在凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題課中教師機械的傳授解題技巧，而是應(yīng)牢記學(xué)生的主體地位，無論是在成像規(guī)律原理的解釋、實驗演示還是在小組討論中，都應(yīng)該尊重學(xué)生的主體性，通過合理的設(shè)置問題，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.例如，關(guān)于凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題中如何確定像時，教師完全可以用實驗的方式，通過實驗的方法來演示如何找到清晰的像，這就需要教師實驗前準(zhǔn)備好實物投影或者是利用教學(xué)課件來進行演示，這樣可以顯著提高學(xué)生對凸透鏡成像規(guī)律的直觀認(rèn)識，在開展習(xí)題教授時也能夠取得事半功倍的效果.此外，通過設(shè)疑激趣還能夠避免習(xí)題課的枯燥氛圍，防止學(xué)生出現(xiàn)注意力不集中的現(xiàn)象，活躍習(xí)題課的教學(xué)氛圍，對于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果而言是有積極作用的.

二是發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)資源的優(yōu)勢，充分利用多媒體教學(xué)設(shè)施.在凸透鏡成像規(guī)律習(xí)題課的教學(xué)中，不僅要注重知識和方法的傳授，更要注重解決實際問題思路的拓展.現(xiàn)代教學(xué)資源和教學(xué)設(shè)備的引入，為習(xí)題課教學(xué)工作的開展提供更多的思路，如在分析凸透鏡成像規(guī)律特點的習(xí)題課中，教師可以利用信息處理數(shù)據(jù)功能，很快生成圖像，這樣不僅能夠直觀展現(xiàn)凸透鏡成像規(guī)律知識，還能夠大大提高了課堂效率，從凸透鏡成像原理源頭入手，提醒學(xué)生像距的含義和解題方法，讓學(xué)生準(zhǔn)確分析成像結(jié)果，這樣才能從根源解決實際問題.

如何使習(xí)題課形式更加豐富多彩也是我們一直在探索的一個方向.對于初中物理習(xí)題經(jīng)常會碰到一些邊緣化甚至是超出學(xué)生理論認(rèn)知范圍的，我們完全可以用實驗的方式進行呈現(xiàn)、將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與教學(xué)緊密結(jié)合，先讓學(xué)生“看到”，構(gòu)建新的認(rèn)知，再加以簡單的理論闡述，為他們搭建起認(rèn)知的階梯，對于初中生而言，會比一味的理論說理更加令他們信服和接受.甚至可以將此類問題解決的過程分割幾個問題板塊，作為學(xué)生課后綜合實踐內(nèi)容，嘗試自己用軟件制圖，教師課后進行適當(dāng)指導(dǎo)，課堂進行成果匯報.此類綜合實踐活動，對于核心素養(yǎng)的踐行，對于學(xué)生科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)與提升有著非凡的意義.