“探究凸透鏡成像規(guī)律”是在課內(nèi)進(jìn)行科學(xué)探究的實(shí)例，本例根據(jù)凸透鏡成像的特點(diǎn)，側(cè)重發(fā)展學(xué)生“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”和“分析與論證”的科學(xué)探究能力，讓學(xué)生把主要的精力用于收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行比較和分析，并據(jù)此總結(jié)出科學(xué)規(guī)律。

下面將本節(jié)課的課堂實(shí)錄進(jìn)行如下梳理：

第一環(huán)節(jié)：觀察凸透鏡成像

1.如圖所示，將蠟燭、凸透鏡和光屏依次放置在光具座上。

2.觀察凸透鏡成實(shí)像。

（1）將一支點(diǎn)燃的蠟燭放在凸透鏡前較遠(yuǎn)的位置，在透鏡的另一側(cè)拿一塊白紙屏來(lái)回移動(dòng)，直到光屏上出現(xiàn)清晰的像為止。觀察光屏上的像，描述像的特點(diǎn)。（現(xiàn)象：光屏上出現(xiàn)倒立、縮小的像）

（2）將蠟燭逐漸靠近透鏡，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，你發(fā)現(xiàn)光屏上的像有什么變化？（現(xiàn)象：光屏上出現(xiàn)的像越來(lái)越大）

（3）在蠟燭接近光屏的過(guò)程中，你在光屏上始終能觀察到蠟燭的像嗎？如果無(wú)論怎樣移動(dòng)光屏，在光屏上都看不到像，請(qǐng)將光屏拿開(kāi)，用眼睛通過(guò)透鏡觀察蠟燭的火焰。你又有什么新的發(fā)現(xiàn)？你能描述看到的現(xiàn)象嗎？（現(xiàn)象：光屏上沒(méi)有像呈現(xiàn)，用眼睛通過(guò)透鏡可以看到燭焰放大的像。）

第二環(huán)節(jié)：認(rèn)識(shí)物距、像距和成實(shí)像、虛像的條件

1.凸透鏡成實(shí)像的情景： 

（1）實(shí)像：由實(shí)際光線會(huì)聚而成的像。

（2）成實(shí)像的條件：物體在焦點(diǎn)以外。

（3）物距（u）：物體到凸透鏡的距離；

（4）像距（v）:像到凸透鏡的距離。

2.凸透鏡成虛像的情景： 

（1）虛像：由折射光線的反向延長(zhǎng)線相交而成的像；

（2）成虛像的條件：物體在焦點(diǎn)以內(nèi)。

第三環(huán)節(jié)：探究凸透鏡成像規(guī)律

1.教師提出問(wèn)題：通過(guò)剛才觀察凸透鏡成像的現(xiàn)象，你認(rèn)為凸透鏡成不同的像可能和什么因素有關(guān)？有什么關(guān)系？

（1）選定一個(gè)凸透鏡，在陽(yáng)光下測(cè)定凸透鏡的焦距

（2）用一只蠟燭做物體，利用光具座調(diào)整蠟燭、凸透鏡和光屏的位置，并且調(diào)節(jié)燭焰的焰心、透鏡的中心和光屏的中心在同一水平直線上。（現(xiàn)象：調(diào)節(jié)三心同高是為了成像在光屏的中心。）

2.學(xué)生猜想：物體到凸透鏡的距離不同，成像不同。

3.小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制定計(jì)劃：

方案一：

①把蠟燭放在距凸透鏡較遠(yuǎn)處，調(diào)整光屏到凸透鏡的距離，使蠟燭在屏上成清晰的實(shí)像。觀察實(shí)像的大小和正倒，測(cè)出物距和像距。

②保持凸透鏡的位置不動(dòng)，把蠟燭向凸透鏡靠近，多次改變物距，重復(fù)以上操作

③繼續(xù)移近蠟燭，當(dāng)蠟燭距凸透鏡很近時(shí)，移動(dòng)光屏，觀察屏上是否總能得到蠟燭的像。屏上得不到蠟燭的像，則通過(guò)凸透鏡觀察像的大小和正倒。

方案二：

把蠟燭固定在光具座的一端，使凸透鏡從較遠(yuǎn)處逐漸向蠟燭移動(dòng)，同時(shí)調(diào)整光屏的位置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)記錄表格。

4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)：

根據(jù)選定的器材和實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。把觀察到的像的大小、正倒、虛實(shí)及測(cè)量的物距、像距的數(shù)值填寫到設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)表格中。

教師讓全班同學(xué)共同探究凸透鏡成像的規(guī)律，物距從28cm開(kāi)始，每減少2cm取一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直到6cm，共12組不同物距的數(shù)據(jù)（見(jiàn)下表）。

    f=10cm

  （說(shuō)明：教師告知學(xué)生，如果反復(fù)觀測(cè)不到發(fā)光體的像，便填寫“不能成像”，出現(xiàn)無(wú)法測(cè)到的數(shù)據(jù)，可以暫時(shí)空著，看看能否從已測(cè)到的數(shù)據(jù)中得到一些啟發(fā)。這樣，除了物距為10cm、12cm等個(gè)別小組的測(cè)量遇到一些困難外，其它小組很快就完成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集工作。）

5.分析與論證：

要發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，教師提示學(xué)生觀察表格中像的虛實(shí)、正倒、長(zhǎng)度、像距四列數(shù)據(jù)，分別找出其中的規(guī)律。

（1）對(duì)比實(shí)像和虛像的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：物距小于10cm時(shí)成的像都是虛像；物距大于10cm時(shí)則成實(shí)像?？梢酝葡?，物距等于10cm時(shí)將不能成像，這就是物距10cm的測(cè)量小組無(wú)法獲得測(cè)量結(jié)果的原因。

（2）對(duì)比像的正立和倒立的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：物距小于10cm時(shí)成的像都是正立的；物距大于10cm時(shí)像是倒立的。即，虛像都是正立的，實(shí)像都是倒立的。

（3）比較像的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：成虛像時(shí)，感到像都被放大了；成實(shí)像時(shí)，測(cè)出的像有時(shí)被放大了，有時(shí)被縮小了。

進(jìn)一步對(duì)比數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物距是20cm時(shí)，實(shí)像的長(zhǎng)度恰好為3cm，跟發(fā)光體的長(zhǎng)度相同；當(dāng)物距大于20cm時(shí)，實(shí)像長(zhǎng)度小于3cm，是縮小的；當(dāng)物距在10cm到20cm之間時(shí)，實(shí)像長(zhǎng)度大于3cm，是放大的。

（4）比較像距的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物距在10cm至20cm之間時(shí)，像距大于20cm；當(dāng)物距大于20cm時(shí)，像距在10cm到20cm之間。

學(xué)生還進(jìn)一步找到一些規(guī)律。例如，在成實(shí)像時(shí)，如果發(fā)光體離焦點(diǎn)越近，像的位置就離凸透鏡越遠(yuǎn)，這就是物距為12cm的測(cè)量小組為什么找不到像的原因，因?yàn)榇藭r(shí)的像距已經(jīng)非常大了。按這條思路，果真在離凸透鏡約60cm的位置上找到了物距12cm發(fā)光體的巨大實(shí)像。

在發(fā)現(xiàn)了一系列規(guī)律之后，教師要求各小組用概括的語(yǔ)言來(lái)陳述這些規(guī)律，為了使規(guī)律更有普適性，教師啟發(fā)學(xué)生用焦距f的長(zhǎng)度作為物距和像距的單位，即：10cm用f表示，20cm用2f表示。顯然，這樣陳述的規(guī)律更有普適性。

規(guī)律的陳述應(yīng)該是簡(jiǎn)潔、有條理的，各小組都嘗試用最簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言來(lái)概括凸透鏡成像規(guī)律。通過(guò)對(duì)各種陳述方式的對(duì)比，大家認(rèn)為按物距u的三種情況（u＜f、f＜u＜2f、u＞2f）依次描述像的性質(zhì)最為簡(jiǎn)潔, 也最有條理。

6.評(píng)估：

①實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確，看到的實(shí)像是否清晰，讀數(shù)是否有誤？

當(dāng)物距較小時(shí)，你在屏上看不到像，此時(shí)一定成虛像嗎？會(huì)不會(huì)是因?yàn)橄窬噙^(guò)大，像的位置超過(guò)了光具座的范圍？遇到這樣的問(wèn)題，你怎么處理。

②你的實(shí)驗(yàn)方案是否完整，還存在什么問(wèn)題，有什么改進(jìn)建議。

你有什么新發(fā)現(xiàn)，值得我們探究。

7.交流與合作：

①與同學(xué)交流，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中你是如何快捷地觀察到燭焰的像的。

②如果燭焰、透鏡、光屏中心不在同一水平線上，實(shí)驗(yàn)會(huì)怎樣？

③當(dāng)光屏上得到清晰的實(shí)像時(shí)，保持透鏡位置不動(dòng)，把蠟燭和光屏對(duì)調(diào)一下位置，你將觀察到什么現(xiàn)象？

④同學(xué)之間交流，當(dāng)凸透鏡的焦距過(guò)大或過(guò)小時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作會(huì)有什么影響，選用焦距多大的凸透鏡更好？

9.拓展實(shí)驗(yàn)：     

①當(dāng)光屏上得到清晰的實(shí)像時(shí)，保持透鏡位置不動(dòng)，把蠟燭和光屏對(duì)調(diào)一下位置，你將觀察到什么現(xiàn)象？

反思：（新課標(biāo)的要求）

這是可以在課內(nèi)進(jìn)行科學(xué)探究的實(shí)例。本例根據(jù)凸透鏡成像的特點(diǎn)，側(cè)重發(fā)展學(xué)生“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”和“分析與論證”的科學(xué)探究能力，讓學(xué)生把主要的精力用于收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行比較和分析，并據(jù)此總結(jié)出科學(xué)規(guī)律。本例是在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上來(lái)形成結(jié)論的，教師有意把收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為兩個(gè)清晰的不同過(guò)程，這有利于加深對(duì)科學(xué)探究的理解，它使學(xué)生具體感受到什么是證據(jù)、什么是結(jié)論，體驗(yàn)到科學(xué)的結(jié)論來(lái)自于對(duì)證據(jù)的收集和分析。

值得商榷的是：新課標(biāo)中的思路是教師規(guī)定每個(gè)小組只測(cè)兩組數(shù)據(jù)，不同小組測(cè)量不同的物距，使得每組物距的數(shù)據(jù)都有兩個(gè)小組測(cè)量。這樣采用分工合作的方式收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不僅讓學(xué)生獲得一次合作探究的體驗(yàn)，也節(jié)約了時(shí)間，保證了本次探究任務(wù)能在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)完成。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)候，為了讓學(xué)生能夠參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，課堂上沒(méi)有采用以上方式，而是讓每一組的學(xué)生都進(jìn)行了12次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量，雖然表面上看有些浪費(fèi)時(shí)間，實(shí)際上對(duì)于讓學(xué)生形成完整的思維過(guò)程有很大的益處。