初中 初二 物理 凸透鏡成像規(guī)律 教學(xué)設(shè)計(jì)

1、基于“5E”教學(xué)模式下的初中物理教學(xué)設(shè)計(jì)以“凸透鏡成像的規(guī)律”為例梁 晨(深圳市寶安區(qū)官田學(xué)校 廣東 深圳 518108)摘 要：利用5E”教學(xué)模式進(jìn)行物理教學(xué)，有利于促進(jìn)學(xué)生概念的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、推理能力，豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和精神，這對于發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)具有非常重要的意義。對采用了5E教學(xué)模式的凸透鏡成像的規(guī)律新授課做了詳盡的分析和探討，包括教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過程。教學(xué)實(shí)踐過后對教學(xué)素材、工具、過程進(jìn)行了反思。關(guān)鍵詞：初中物理；教學(xué)實(shí)踐；凸透鏡成像規(guī)律；5E教學(xué)模式 “5E”教學(xué)模式簡介“5E”教學(xué)模式自美國生物學(xué)研究會(huì)（BSCS）在1989年提出

2、以來，對美國乃至世界其他國家的科學(xué)教育都產(chǎn)生了深刻的影響。研究者基于建構(gòu)主義理論和概念轉(zhuǎn)變理論，將教學(xué)過程劃分為五個(gè)階段：引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）、評價(jià)（Evaluation），因此稱之為“5E”教學(xué)模式。 王健，李秀菊. 5E教學(xué)模式的內(nèi)涵及其對我國理科教育的啟示 王健，李秀菊. 5E教學(xué)模式的內(nèi)涵及其對我國理科教育的啟示J.生物學(xué)通報(bào)，2012，47（3）：39-42. 胡久華，高沖.5E教學(xué)模式在我國的教學(xué)實(shí)踐及國外研究進(jìn)展評析J.2017，38（1）：5-9.在引入階段，教師提出問題，學(xué)

3、生主動(dòng)思考、表達(dá)自己的觀點(diǎn)，暴露原有的科學(xué)概念，引起認(rèn)知沖突。在探究階段，學(xué)生根據(jù)之前產(chǎn)生的疑問，利用手邊器材自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證之前的猜想或得出新的結(jié)論。隨后在解釋階段，教師基于學(xué)生自己總結(jié)出的結(jié)論，提出新的概念或新的規(guī)律，學(xué)生經(jīng)歷同化或順應(yīng)的過程,實(shí)現(xiàn)知識的主動(dòng)建構(gòu)、錯(cuò)誤概念的轉(zhuǎn)變；進(jìn)而在遷移階段，教師提供不同的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識來解釋現(xiàn)象、解決問題；最后通過自評、互評、師評的方式對學(xué)生經(jīng)過本節(jié)課學(xué)習(xí)之后發(fā)生的的認(rèn)知變化、情感變化進(jìn)行評估。在教學(xué)情境中適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用將此教學(xué)模式與具體教學(xué)內(nèi)容恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合在一起，可以幫助學(xué)生批判性的思考、扭轉(zhuǎn)學(xué)生根深蒂固的

4、錯(cuò)誤觀念、主動(dòng)建構(gòu)知識理論，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力、問題解決能力，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 吳成軍，張敏.美國生物學(xué)“5E”教學(xué)模式的內(nèi)涵、實(shí)例及其本質(zhì)特征J.2010，30（6）：108-112.應(yīng)用“5E”教學(xué)模式的教學(xué)實(shí)踐案例“5E”教學(xué)模式以學(xué)生為主體，在符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的前提下，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、抽象思維能力，這對于物理教學(xué)尤為適合。 李娜，劉艷超，楊薇. 基于5E模式的中學(xué)物理教學(xué)研究以物體的沉浮條件及應(yīng)用為例J.物理教學(xué)探討， 李娜，劉艷超，楊薇. 基于5E模式的中學(xué)物理教學(xué)研究以物體的沉浮條件及應(yīng)用為例J.物理教學(xué)探討，201

5、4，32（5）：5-8.2.1 教學(xué)任務(wù)分析凸透鏡成像的規(guī)律內(nèi)容是光的折射知識的延伸和拓展，是初中光學(xué)部分內(nèi)容的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過光的折射規(guī)律后，繼續(xù)學(xué)習(xí)了透鏡對光的折射作用，以及幾種生活中的透鏡：照相機(jī)、投影儀、放大鏡。基于日常生活經(jīng)驗(yàn)，知道近視眼鏡、遠(yuǎn)視眼鏡等都是由透鏡制成的，有光可以透過透鏡，透過透鏡可以看到物體的像的感性知識。但學(xué)生對物距、像距、一倍焦距、二倍焦距等抽象概念，缺乏認(rèn)識和理解；對成像有放大縮小、正立倒立、實(shí)像虛像之分等的理解也存在一定困難。本節(jié)課的探究實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力、歸納總結(jié)能力也提出了一定的要求，學(xué)生要從大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析出物體位于不同位置時(shí)，所成像

6、性質(zhì)的變化規(guī)律，還要總結(jié)出放大縮小像、正立倒立像的分界點(diǎn)。雖然學(xué)生已經(jīng)在平面鏡成像、光的折射的學(xué)習(xí)中，對于探究成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但本節(jié)課概念繁多，規(guī)律復(fù)雜，對于學(xué)生仍然是難于探究、理解和應(yīng)用的。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容、學(xué)情分析，確定如下教學(xué)目標(biāo)：1.對凸透鏡成像相關(guān)知識產(chǎn)生疑問，并利用手邊的器材自主探究，歸納總結(jié)凸透鏡成像的規(guī)律2.知道凸透鏡所成像的正倒、大小與光源到凸透鏡距離的關(guān)系3.根據(jù)動(dòng)態(tài)成像光路圖，從理論上理解凸透鏡成不同像的原因。4.利用本節(jié)課建構(gòu)的知識，解決生活中的實(shí)際問題。2.2 教學(xué)過程2.2.1 引入:設(shè)置情境，產(chǎn)生疑問教師提問：生活中大家見過透鏡成什么樣的像？

7、學(xué)生總結(jié)：放大鏡，可以成正立放大的像，照相機(jī)可以成正立縮小的像。2.2.2 探究：自主實(shí)驗(yàn)，總結(jié)規(guī)律表1 探究階段教學(xué)實(shí)踐記錄探究教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識、熟悉實(shí)驗(yàn)器材，思考實(shí)驗(yàn)器材的作用.認(rèn)識自主探究器材（如圖3）：帶有刻度的光具座、“F”形LED光源（高度5cm）、凸透鏡（f=10cm）、帶有刻度的光屏認(rèn)識共用器材：凸透鏡成像磁性貼圖（帶刻度）；紅色5cm磁條10個(gè)；橙色5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10 cm磁條各一個(gè)、5cm磁條10個(gè)；藍(lán)色0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5cm磁條各一個(gè)、做實(shí)驗(yàn)之前，熟悉實(shí)驗(yàn)器材，自主思考器材在

8、實(shí)驗(yàn)中所起到的作用，為下一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)做鋪墊。了解做完實(shí)驗(yàn)后，要向老師、同學(xué)展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖3 學(xué)生自主探究器材提問：自主實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)如何擺放？光源、凸透鏡、光屏的中心是否要在同一高度？如果三者不在同一高度，是否能得到完整清晰的像？學(xué)生思考得出：因?yàn)橐^察光源經(jīng)過凸透鏡所成的像，所以凸透鏡要放在中間，光源和光屏各放兩側(cè)。對三者高度的問題，存在一些疑惑。引導(dǎo)學(xué)生思考器材的擺放順序、中心的高度等問題。演示：將三者按照如圖3位置擺放，但中心不在同一高度。打開光源開關(guān)，左右移動(dòng)光屏找到清晰的像。觀察此時(shí)成像的特點(diǎn)，得出結(jié)論：如果三者不在同一高度，那么像會(huì)缺少一部分。讓學(xué)生親身體會(huì)如果三者不在同一高度對像的

9、影響。提問：什么樣的像才是完整清晰的？重新調(diào)整器材，使三者中心處于同一高度，移動(dòng)光屏，分別使光屏上出現(xiàn)如圖4 所示的兩個(gè)像。比較、判斷什么樣子的像是清晰的（圖4）了解如何判斷成像是否清晰。借助真實(shí)現(xiàn)象，幫助學(xué)生比較、理解何為清晰的像。圖4 清晰像與不清晰像對比提問：如何判斷像是放大還是縮小的？引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用探究器材定量的比較像與物大小的關(guān)系。一部分學(xué)生認(rèn)為用眼睛觀察就可以比較像與光源的大小關(guān)系。其他同學(xué)則認(rèn)為用眼睛觀察不精確。學(xué)生很快想到利用光屏上的刻度線測量所成像的高度，來比較像與物大小的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生推理，利用光屏可以定量的測量出像的高度，從而比較像與物的大小關(guān)系。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)

10、態(tài)度和科學(xué)精神。引導(dǎo)、幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中的問題、做好實(shí)驗(yàn)分工，把握實(shí)驗(yàn)時(shí)間。探究1：組裝實(shí)驗(yàn)器材保持凸透鏡位置不變，選定光源位置，同時(shí)移動(dòng)光屏，直到光屏上出現(xiàn)最清晰的像。記錄此時(shí)的物距、像距、所成像的高度、正倒。從遠(yuǎn)到近改變物距，做多次實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，分析、總結(jié)成像性質(zhì)和像距隨物距的變化。學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，一切放手給學(xué)生做，增強(qiáng)學(xué)生的態(tài)度、情感體驗(yàn)，這樣學(xué)生會(huì)對自己實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論堅(jiān)信不疑，并主動(dòng)地內(nèi)化到自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，給學(xué)生講解磁條、磁性大貼紙的作用（5cm高度的藍(lán)色磁條代表當(dāng)物距大于20cm時(shí)的光源，貼在大貼紙上光源對應(yīng)位置，在其他高度的藍(lán)色磁條中找到對應(yīng)像高度的磁條，貼在

11、大貼紙上像的對應(yīng)位置，代表這時(shí)光源所成的像，若是倒立像，則貼在主光軸的下面； 5cm高度的橙色磁條代表當(dāng)物距大于10cm小于20cm時(shí)的光源，其余磁條作用同藍(lán)色磁條；5cm高度的紅色磁條代表當(dāng)物距小于10cm時(shí)的光源）引導(dǎo)學(xué)生到磁性大貼紙上粘貼代表自己實(shí)驗(yàn)中光源與像的磁條，數(shù)據(jù)盡量不要重復(fù)，覆蓋所有的物距。（0-30cm）根據(jù)在實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)，先找到本組實(shí)驗(yàn)物距所對應(yīng)顏色的高度為5cm的磁條，粘貼在實(shí)驗(yàn)中光源所在位置，再在此顏色的磁條中找到對應(yīng)像高度的磁條，粘貼在實(shí)驗(yàn)中像的位置。逐組到貼紙上粘貼磁條，借此向老師和其他同學(xué)展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并與其他組討論實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果。粘貼完畢后在磁性貼紙上呈現(xiàn)出

12、的圖像如圖5所示。利用不同顏色、長度的磁條，代表光源和像的位置、大小、正倒，可以幫助學(xué)生從圖中同時(shí)看到光源在不同位置經(jīng)凸透鏡所成的像，圖像直觀、清晰，學(xué)生可以很容易從中總結(jié)出凸透鏡成像規(guī)律。圖5利用彩色磁條總結(jié)凸透鏡成像規(guī)律示意圖引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)方式歸納總結(jié)不同物距范圍的凸透鏡成像規(guī)律。提問：如果換用其他凸透鏡，這個(gè)成像規(guī)律是否適用？如何劃分物距、像距范圍才能得出普遍規(guī)律？學(xué)生總結(jié)：根據(jù)藍(lán)色磁條，當(dāng)物距大于20cm時(shí)，光源在光屏上成的像都是倒立的，縮小的，并且像距都在10cm和20cm之間。根據(jù)橙色磁條，當(dāng)物距大于10cm小于20cm時(shí)，光源在光屏上成的像都是倒立的，放大的，像距都大于20cm。

13、思考得出應(yīng)以凸透鏡的焦距f來劃分不同的物距、像距范圍，這樣來概括像和像距隨物距的變化才能得出適用于不同焦距凸透鏡的成像規(guī)律。從圖中，學(xué)生獲得了直觀的認(rèn)識和體驗(yàn)，借助數(shù)學(xué)總結(jié)物理規(guī)律，再用抽象的焦距替代具體的數(shù)字，化具體為概括，最終得到普遍規(guī)律。此過程學(xué)生的概括總結(jié)能力、抽象思維能力、舉一反三能力得到提升，并體驗(yàn)到科學(xué)探究的樂趣和成就感。提問：在大貼紙上還能觀察出什么？當(dāng)物距小于10cm，也就是一倍焦距時(shí)，光屏上是否有清晰的像？學(xué)生發(fā)現(xiàn)：有人粘貼了5cm的紅色磁條，但另一側(cè)卻沒有粘貼代表像的磁條。回答光屏上并沒有清晰的像。引導(dǎo)學(xué)生探究當(dāng)物距小于一倍焦距時(shí)，凸透鏡的成像情況。那么人眼是否能觀察到像

14、？幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中的問題探究2：使物距小于一倍焦距（10cm），將光屏撤去，從不同方向觀察，是否能看到光源的像，并記錄像的性質(zhì)。自主實(shí)驗(yàn)，直觀的觀察虛像，體會(huì)放大鏡的成像原理，為后面光路圖的講解做鋪墊。引導(dǎo)學(xué)生思考眼睛看到的像是實(shí)像還是虛像，如何形成的。得出結(jié)論：從凸透鏡和光屏的間隙向凸透鏡望去，可以看到光源的正立、放大的像。分析得出：在光屏上并沒有光線匯聚成像，但是眼睛卻可以觀察到像，這說明有光線進(jìn)入眼睛，并且是發(fā)散的。那么眼睛看到的應(yīng)該是折射光線的反向延長線匯聚成的虛像。根據(jù)之前學(xué)過的平面鏡成虛像以及折射形成虛像的知識總結(jié)實(shí)像與虛像的異同，推理這時(shí)形成的是虛像，是折射光線的反向延長線匯聚形成的。將實(shí)驗(yàn)中獲得的結(jié)論總結(jié)并填入學(xué)案中的表格。（表2）歸納總結(jié)凸透鏡成像規(guī)律，填入表2。通過自主探究、互相討論、分析推理、歸納總結(jié)、教師引導(dǎo)，初步得出了凸透鏡成像規(guī)律。表2 凸透鏡成像規(guī)律匯總表物距u與焦距f的關(guān)系像距v與焦距f的關(guān)系像的性質(zhì)放大/縮小正立/倒立實(shí)像/虛像應(yīng)用實(shí)例u2ffv2f縮小倒立實(shí)像fu2f放大倒立實(shí)像uf放大正立虛像課下拓展：請學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡易的照相機(jī)（器材：凸透鏡、紙板、毛玻璃、剪刀、刻度尺、雙面膠）或簡易的投影儀（器材：帶有彩色圖案的透明膠片、