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初中物理教学一直致力于利用实验探究的形式帮助学生建构知识与规律,并激发学生主动参与到实验活动的探究与分析之中,苏派物理在刘炳昇教授的带领下,在以实验为主要学习和研究手段方面以其特有的经验和理论支持.本文以苏科版教材中WWW中的一道训练题为例,谈谈课后实验活动在我们教学实践中的价值及价值达成策略,以此关注学生的实验活动和课后作业的变革尝试.
原题在水杯后面放置一个小泥娃,透过水杯观察小泥娃的图像,如图1所示,改变小泥娃与水杯的距离,请描述你所看到的像的特点并分析可能的原因.
此题是在学生学习《探究凸透镜成像的规律》和《照相机和眼睛 视力的矫正》等章习以后呈现的课后巩固题目,笔者在此一改以往习题训练的形式来巩固学生对凸透镜成像规律的理解和应用,而是采用充分挖掘此题的价值来巩固和拓展相应的教学内容,以小组为单位,集体完成以下几个教学行为,以使本次巩固和拓展达到最大化、最优化.
1活动体验、现象收集
为了充分提升这道题目的价值,我们必须还原学生深入实践的时间和空间,教师可以为学生准备装有水的水杯(烧杯),一个小泥娃(五号电池),并让学生以小组为单位,让每个学生都能透过水杯观察小泥娃的图像,并通过改变小泥娃与水杯的距离来收集不同距离下的成像特点.而整个实验的过程需要学生经历不一样的探究过程,以此真正体验这个实验的过程,通过深入的体验加深印象、提升能力.
1.1不规则透镜,成像有别
装有水的水杯并不是一个规则的圆形凸透镜,它有别于我们实验用的凸透镜,为此它的成像特点也有别于我们实验室所看到的像的特点,但是其本质的原理还是一样的,比如小泥娃离水杯较近时,我们看到的应该是一个正立放大的实像,而我们通过水杯看到的放大的像却是横向放大,纵向是几乎不变的.
1.2透光性较差,成像模糊
由于装有水的水杯有别于我们实验室所用的凸透镜,它的透光性较差,在此过程中所成的像较为模糊,学生在实验的过程中需要仔细观察像,并描述像的特点,并对比学生在实验室时所看到的像的特征,概括其中的异同点.
1.3实像无承接,成像困难
在探究凸透镜成像规律的过程中,我们是用光屏来承接实像的,而现在我们没有光屏,也无法测量水杯这个特殊凸透镜的焦距,因而也不易估测像距的范围.因此,在这个过程中,学生想通过自己肉眼来承接实像的话,需要往复好几次,在这个不断实验和观察的过程中,学生的意志力也会随着实验活动的开展而得到相应的训练和提升.
在本次实验的过程中,学生会收获到与实验室凸透镜不一样的实验现象,而这个现象的体验过程让每个学生都收获不一样的知识与技能,是学生课堂巩固和延伸不可缺少的一部分,更是我们笔纸作业所无法想象和达成的.
2信息分析、智慧提升
与实验室对比,教师引导学生将收集到的信息整理在表格中,并对比原先我们在课堂上完成的、整理的实验现象.笔者把本班学生收集的信息整理在表1中.
表1序号物距像距凸透镜的成像特点水杯的成像特点1U>2ff (很难呈现并比较大小)3f2f倒立放大的实像左右相反的放大的实像4U=f—光屏中与凸透镜
等大的光斑无法呈现5U (左右放大)学生将自己参与活动所看到的现象进行整理和分析,并把现象整理到表格中,通过整理、分析发现了两个特点.
(1)这里并没有呈现倒立的像而是左右相反的像.学生在用眼睛观察成像特点的过程中,惊讶地发现我们不仅看到和放大镜类似的正立放大的虚像,还看到了左右相反的像,这时的像不仅有放大的,还有缩小的,这是什么原因呢?学生会通过对比发现,水杯上下粗细是一样的,而横向呈现的是中间厚、边缘薄的形状.因此,我们看到正立放大的像时,是左右放大,而上下方向几乎没有放大,而对比左右相反的放大和缩小的像时,我们可以对比物距,发现这时的物距要大,如果把小泥娃逐渐远离水杯的话,我们先看到是左右相反且放大的像,再远离时,我们看到的是左右相反且缩小的像.学生再次通过对比可以发现,我们在凸透镜中看到的实像是上下左右都颠倒的,而此处只有左右颠倒,而原因也是因为水杯是上下粗细一样,仅横向呈现厚薄之分.
(2)在这里没有光屏也能看到实像.信息采集和分析到这个环节,学生可以发现,此左右颠倒的缩小或放大的像本质上就是我们在实验室所看到的倒立放大或缩小的实像.但是在这个环节,我们并没有光屏,为什么也能看到实像呢?带着这个问题,学生在保持物距不变的情况下,试着去改变自己眼睛的位置,会发现,有时能看到像,有时却看不到像,有时像清晰,有时像模糊,这一现象的产生会激发学生的进一步分析和思考,从而达成这样的认识,眼睛就相当于光屏,眼睛到水杯的距离就是像距,调整眼睛到水杯的距离就是在找像距,而清晰的像距只有一个,需要同学不断地调整和观察.
此时学生经历的分析过程和思考过程远远大于我们习题训练的深度和广度,而且整个实践过程需要学生经历实验体验、信息收集、信息对比和分析,这种训练是我们学生能力得到真正提升的课后作业.
3分析迁移、活动延伸
这个题目研究的价值其实还不止上文所论述的两点,因为每个有好奇心、充满探究兴趣的学生都可能会在以上学习环节结束后再进行深一步的学习和分析.本课题的研究具有鲜明探究价值.
3.1更深刻的理解实像的本质
学生活动中并没有光屏,但是只要我们的眼睛处在适当的位置,我们的眼睛就成了光屏,从而可以用来承接像,因为实像是实实在在的光线会聚而成的,是实实在在存在的.而如果光线足够强的话,人的眼睛即使不在像的位置也是可以看见像的,因为此时的像会因为光线的强而清晰地呈现在相应的会聚点.那么我们实验时的光屏也只是承接像的作用,光屏如果没有了,像还是在原来的位置,只不过是不够清晰而已.
3.2探究凸透镜的结构特征
因为水杯的结构有别于我们实验室所用的规则凸透镜,导致水杯所成像的特征也发生了微妙的变化,在这种情况下,很多学生会进一步地研究凸透镜的结构差异所导致的成像差异,我们不再是通过简单的作图去理解和认识凸透镜,而是站在一个立体三维的角度去想象凸透镜的成像,还需要咨询老师、查阅资料、上网搜索等方式提升学生的认知,比如,学生的脑海里会呈现如图2所示的立体三维的成像图像.
在初中物理教学中,实验活动完全可以成为学生的课后作业,它需要教师的精心设计和实践,通过实验活动的开展来达成学生巩固和延伸的效果,并能从更多的角度去提升学生的能力.
原题在水杯后面放置一个小泥娃,透过水杯观察小泥娃的图像,如图1所示,改变小泥娃与水杯的距离,请描述你所看到的像的特点并分析可能的原因.
此题是在学生学习《探究凸透镜成像的规律》和《照相机和眼睛 视力的矫正》等章习以后呈现的课后巩固题目,笔者在此一改以往习题训练的形式来巩固学生对凸透镜成像规律的理解和应用,而是采用充分挖掘此题的价值来巩固和拓展相应的教学内容,以小组为单位,集体完成以下几个教学行为,以使本次巩固和拓展达到最大化、最优化.
1活动体验、现象收集
为了充分提升这道题目的价值,我们必须还原学生深入实践的时间和空间,教师可以为学生准备装有水的水杯(烧杯),一个小泥娃(五号电池),并让学生以小组为单位,让每个学生都能透过水杯观察小泥娃的图像,并通过改变小泥娃与水杯的距离来收集不同距离下的成像特点.而整个实验的过程需要学生经历不一样的探究过程,以此真正体验这个实验的过程,通过深入的体验加深印象、提升能力.
1.1不规则透镜,成像有别
装有水的水杯并不是一个规则的圆形凸透镜,它有别于我们实验用的凸透镜,为此它的成像特点也有别于我们实验室所看到的像的特点,但是其本质的原理还是一样的,比如小泥娃离水杯较近时,我们看到的应该是一个正立放大的实像,而我们通过水杯看到的放大的像却是横向放大,纵向是几乎不变的.
1.2透光性较差,成像模糊
由于装有水的水杯有别于我们实验室所用的凸透镜,它的透光性较差,在此过程中所成的像较为模糊,学生在实验的过程中需要仔细观察像,并描述像的特点,并对比学生在实验室时所看到的像的特征,概括其中的异同点.
1.3实像无承接,成像困难
在探究凸透镜成像规律的过程中,我们是用光屏来承接实像的,而现在我们没有光屏,也无法测量水杯这个特殊凸透镜的焦距,因而也不易估测像距的范围.因此,在这个过程中,学生想通过自己肉眼来承接实像的话,需要往复好几次,在这个不断实验和观察的过程中,学生的意志力也会随着实验活动的开展而得到相应的训练和提升.
在本次实验的过程中,学生会收获到与实验室凸透镜不一样的实验现象,而这个现象的体验过程让每个学生都收获不一样的知识与技能,是学生课堂巩固和延伸不可缺少的一部分,更是我们笔纸作业所无法想象和达成的.
2信息分析、智慧提升
与实验室对比,教师引导学生将收集到的信息整理在表格中,并对比原先我们在课堂上完成的、整理的实验现象.笔者把本班学生收集的信息整理在表1中.
表1序号物距像距凸透镜的成像特点水杯的成像特点1U>2ff
等大的光斑无法呈现5U
(1)这里并没有呈现倒立的像而是左右相反的像.学生在用眼睛观察成像特点的过程中,惊讶地发现我们不仅看到和放大镜类似的正立放大的虚像,还看到了左右相反的像,这时的像不仅有放大的,还有缩小的,这是什么原因呢?学生会通过对比发现,水杯上下粗细是一样的,而横向呈现的是中间厚、边缘薄的形状.因此,我们看到正立放大的像时,是左右放大,而上下方向几乎没有放大,而对比左右相反的放大和缩小的像时,我们可以对比物距,发现这时的物距要大,如果把小泥娃逐渐远离水杯的话,我们先看到是左右相反且放大的像,再远离时,我们看到的是左右相反且缩小的像.学生再次通过对比可以发现,我们在凸透镜中看到的实像是上下左右都颠倒的,而此处只有左右颠倒,而原因也是因为水杯是上下粗细一样,仅横向呈现厚薄之分.
(2)在这里没有光屏也能看到实像.信息采集和分析到这个环节,学生可以发现,此左右颠倒的缩小或放大的像本质上就是我们在实验室所看到的倒立放大或缩小的实像.但是在这个环节,我们并没有光屏,为什么也能看到实像呢?带着这个问题,学生在保持物距不变的情况下,试着去改变自己眼睛的位置,会发现,有时能看到像,有时却看不到像,有时像清晰,有时像模糊,这一现象的产生会激发学生的进一步分析和思考,从而达成这样的认识,眼睛就相当于光屏,眼睛到水杯的距离就是像距,调整眼睛到水杯的距离就是在找像距,而清晰的像距只有一个,需要同学不断地调整和观察.
此时学生经历的分析过程和思考过程远远大于我们习题训练的深度和广度,而且整个实践过程需要学生经历实验体验、信息收集、信息对比和分析,这种训练是我们学生能力得到真正提升的课后作业.
3分析迁移、活动延伸
这个题目研究的价值其实还不止上文所论述的两点,因为每个有好奇心、充满探究兴趣的学生都可能会在以上学习环节结束后再进行深一步的学习和分析.本课题的研究具有鲜明探究价值.
3.1更深刻的理解实像的本质
学生活动中并没有光屏,但是只要我们的眼睛处在适当的位置,我们的眼睛就成了光屏,从而可以用来承接像,因为实像是实实在在的光线会聚而成的,是实实在在存在的.而如果光线足够强的话,人的眼睛即使不在像的位置也是可以看见像的,因为此时的像会因为光线的强而清晰地呈现在相应的会聚点.那么我们实验时的光屏也只是承接像的作用,光屏如果没有了,像还是在原来的位置,只不过是不够清晰而已.
3.2探究凸透镜的结构特征
因为水杯的结构有别于我们实验室所用的规则凸透镜,导致水杯所成像的特征也发生了微妙的变化,在这种情况下,很多学生会进一步地研究凸透镜的结构差异所导致的成像差异,我们不再是通过简单的作图去理解和认识凸透镜,而是站在一个立体三维的角度去想象凸透镜的成像,还需要咨询老师、查阅资料、上网搜索等方式提升学生的认知,比如,学生的脑海里会呈现如图2所示的立体三维的成像图像.
在初中物理教学中,实验活动完全可以成为学生的课后作业,它需要教师的精心设计和实践,通过实验活动的开展来达成学生巩固和延伸的效果,并能从更多的角度去提升学生的能力.