山东省淄博市张店区第七中学（255000）徐永芝 靳锎
1教材分析
《凸透镜成像的规律》是鲁科版教材第4章第2节的内容，为后面学习生活中透镜的原理、调节方法、眼睛的成像原理、眼疾的成因与矫正等提供了理论支持，是本章的核心内容。
2设计思想
逆向思维也称反向思维，是指转换思维视角，用不平常的思维方法来考虑问题。运用逆向思维去思考和处理问题，通常会有意想不到的发现。逆向思维在物理学史上有非常经典的案例——电磁感应定律的发现。1820年丹麦物理学家奥斯特通过多次实验发现电流的磁效应，英国物理学家法拉第采用逆向思维的方式坚信既然电能生磁，那么磁一定能生电，经过10年不懈的努力，终于在1831年提出了著名的电磁感应定律。
在探究“凸透镜成像规律”的实验中，一般的思维方式是先探究物距满足什么条件时，分别成倒立缩小的实像、倒立放大的实像和正立放大的虚像。通过数据的不完全归纳得出物距满足的条件，然后再探究3个成像区间的两个分界点，u=2f和u=f时分别成什么像。笔者采用逆向思维的方式进行设计，先探究物距和像距满足什么条件时成等大的像，物距满足什么条件时光屏上刚刚开始没有像，从而得到放大、缩小实像的分界点是u=2f和v=2f,光屏上有无像的分界点是u=f，顺理成章地得到物距和像距分别满足什么条件时成倒立缩小的实像、倒立放大的实像和正立放大的虚像。
3目标定位
3.1知识与技能
(1)知道凸透镜成像的规律。
(2)知道凸透镜成放大、缩小像的分界点，实像和虚像的分界点。
3.2过程与方法
经历探究“凸透镜成像的规律”的过程，体会实验探究的技巧和方法。
3.3情感态度与价值观
在探究“凸透镜成像的规律”的过程，有克服困难的决心和信心，有主动和他人合作、交流的精神。
4教学过程
4.1自主发现大胆猜想
师：拿起凸透镜观察周围的人或物，你有什么发现？
生：靠近课本上的字，观察到正立放大的像，观察老师，看到倒立缩小的像……
师：凸透镜成不同的像跟什么有关？
生：跟物体到凸透镜的距离有关，或跟远近有关……
师：结合课件介绍物距和像距，把物体到凸透镜的距离叫做物距，用小写的u来表示，把像到凸透镜的距离叫做像距，用小写的v来表示。凸透镜成像跟物距有什么关系呢？这节课我们就带着这个问题进行探究。
点评：学生通过观察周围的人或物，自主发现了凸透镜成像的特点，并大胆猜想出凸透镜成不同的像与物距有关，为探究凸透镜成像和物距有什么具体关系做了充分准备。
4.2介绍器材充分铺垫
(1)光具座：光具座一边有刻度尺，可以读出物距和像距，上面有可以移动的滑座，滑座旁边有螺丝，可以固定插入的物体。
(2)“F”光源：LED灯做的“F”物体，后面有开关，按一下便可打开，实验完后及时断开开关。
(3)光屏上有横格，“F”物体相当于2个横格高度。
(4)凸透镜的焦距f=10 cm。
（5）实验器材：声光控制器，如图1所示。
4.3探究内容
下面分别通过一探、二探和三探完成凸透镜成像规律的探究。一探为二探做准备，二探是探究的核心，三探是在二探基础上完善成像的规律，实验探究的深度不断加大，达到预期的学习效果。探究内容如下。
4.3.1一探
（1）凸透镜固定在50 cm处，“F”物体放在零刻线上，移动光屏找到清晰的像，观察并记录像的特点和像距。
（2）让“F”物体继续靠近凸透镜，直到紧挨在一起，找到清晰的像，观察并记录像和像距的变化。
4.3.2二探
（1）找到成等大清晰像的位置，记下物距和像距。
（2）找到刚开始在光屏上看不到像的位置，记下物距。
4.3.3三探
物距小于焦距（10 cm）时，光屏上没有像。
4.4整体感知蓄势待发
师：把凸透镜固定在50 cm处，“F”物体放在零刻度上，移动光屏找到清晰的像，观察并记录像的特点和像距。
学生实验，实验结束后展示像的特点和像距。教师将像距v的数据写在副板书上：u=50 cm，v= 12 cm、12.5 cm、13 cm等。
师：为什么像距不同？
生：由于每个小组判断像的清晰度有误差造成的。
师：那如何得到清晰的像？
生：左右移动光屏，找到清晰的像。
师：左右移动光屏，光屏“F”上的光点“粒粒在目”便是清晰的像。有的像呈在了光屏下方，如何调到中央便于观察呢？
生：调节凸透镜的高度，或调节光屏的高度……
师：调节“F”物体、凸透镜和光屏三者中心在同一高度。
学生重新尝试如何调节三者中心在同一高度，如何找到最清晰的像。
师：让“F”继续靠近凸透镜，直到紧挨在一起，找到清晰的像，观察并记录像和像距的变化。
学生探究，教师给予指导。探究结束后，学生展示成果。
生：物距减小时，像距变大，像也变大。
生：物体离凸透镜很近时，屏上没有像。
教师根据学生的回答将对应的图画在正板书上，如图2所示。
点评：学生通过初步探究，在教师的指导和纠偏下，学会了一些实验基本的技能和方法，如何使像呈在光屏中央，如何找到最清晰的像。并且从整体上把握了物体靠近凸透镜，物距减小时，像和像距的大体变化趋势，为下面的探究做了充分的准备。
4.5深入探究发现规律
师：物距减小时，像距变大，像也变大，变得比物体还大，在哪个位置成等大的像？物距再减小时，光屏上开始没有像，这个位置在哪里呢？请大家找到这两个位置，记下相应的物距和像距。
学生实验，当学生在二探中遇到困难时要给予适当指导。实验结束后，教师将3个小组的实验报告放在一起用投影仪展示。
师：由于像清晰度和大小判断存在误差，数据可能不完全相同，成等大清晰像时物距和像距都趋近于哪个数值？
生：20 cm。
师：这个数值和焦距f有什么关系？
生：2 f。
教师在图上标出成等大像时物和像的位置，用2 f标注。
师：在光屏上刚开始看不到像时，物距和焦距f有什么关系？
生：此时物距u=f。
教师在图上标出在光屏上刚开始找不到像时的物距，用f标注。
师：2 f是缩小、放大实像的分界点，f是屏上有无像的分界点。请大家总结物距在不同范围时凸透镜成像的规律。
小组内同学交流后展示成像规律，教师板书，见表1。
师：根据物距u=50 cm时，v=12 cm、12.5 cm、13 cm、50 cm（＞2 f），而像距v都是大于焦距10 cm的，也就是v＞f。也可以用另一种方法来理解，u＞2 f时进一步推理,物距足够大时，相当于发出平行光，平行光会聚于焦点，推理得出u＞2 f时，像距v＞f。
点评：二探是本节课的核心，关系到本节课的成败。在初步探究的基础上，教师引导学生首先提出问题，在哪个位置成等大的像，在哪个位置光屏上刚开始没有像，学生在实验中给予启发和引导，通过智慧共享分析数据，总结归纳像大小的分界点和光屏上有无像的分界点。再结合着图2，小组内总结展示凸透镜成像的规律。整个过程学习任务精细化，使学生一步步达到学习目标，通过寻找像的分界点，总结出凸透镜成像的规律。
4.6继续探究完善规律
师：物距小于焦距时，光屏上没有像，是不是真的不成像了呢？如果成像，如何能看到？如图3所示的图片能不能得到启示？
学生不断补充，发现找到这个像的方法。
生：将光屏拿掉，透过透镜来观察“F”物体。
师：找到像后，在像的位置放上光屏，从侧面观察光屏上有没有像。
学生实验后，展示u<f时成像的特点。
生：正立放大的虚像。
教师将“正立放大的虚像”板书在成像规律表格里，并在图2上画出像的位置和特点。
师：区分实像和虚像可以用光屏上有无像的方法，也可以从实像和虚像的成因来区分，请同学们总结实像和虚像是如何形成的。
生：实像是实际光线会聚而成的，虚像是实际光线的反向延长线相交而成的。
点评：为了得到u<f时成像的特点，教师为学生建构了一个脚手架，出示课开始时学生观察课本上字的图片，通过图片引导学生找到此时像的方法，学生顺利完成探究。
4.7盘点收获总结升华
师：组内同学对照学习目标，一对一谈谈自己在知识和方法上的收获。
学习目标：
(1)知道凸透镜成像的规律。
(2)知道凸透镜成放大、缩小像的分界点，实像和虚像的分界点。
(3)通过实验，体会实验探究的技巧和方法。
生：说出了5条成像规律。
生：2 f是像大小的分界点，f是实像和虚像的分界点。
生：如何找清晰的像，如何使像成在光屏中央。
生：区分实像和虚像的方法。
生：通过数据归纳得到一般的结论。
……
师：同学们谈的非常全面。2 f是像大小的分界点，f是实像和虚像的分界点，这也是我们探究凸透镜成像规律的最根本方法，找像的分界点。
点评：通过科学探究不仅要让学生知道5条凸透镜成像的规律，还要让学生学会探究中蕴含的技巧和方法，明确探究“凸透镜成像规律”的最根本方法是找像的分界点。
4.8意犹未尽课后探究
(1)凸透镜成像的规律在生活中有哪些应用？
(2)在5条凸透镜成像规律的基础上，你还能发现哪些新的规律？
5课后反思
(1)采用逆向思维进行教学设计，大胆创新，突破了以往给定数值进行不完全归纳性探究的局限性，直接针对成像分界点进行精确探究。
(2)采用自制教具“F”光源和有方格的光屏进行实验，使实验结果的准确性大大提高。
(3)用问题串引领学生进行探究，问题设计具有导向性、层次性和思维性。
(4)通过一探、二探和三探的活动方式，使实验探究的深度不断加深，达到了预期的学习效果。
收稿日期：2014-07-24