凸透镜成像规律实验可以使学生很真实地体验物距、像距、实像及它们和像大小变化之间的规律,但是根据实验步骤按部就班进行操作,现象明显,实验也能很快完成。如就这样结束这节实验课,效果实际上并不理想,只能停留在机械完成实验目标操作,没有拓展、没有思考。事实是,此时学生已在实验中发现了一些新问题,兴趣正浓,这时“留白“能一石激起千层浪。基于这样的情况,这节学生实验时间定为二课时。
顾名思义,留白就是在作品中留下相应的空白。画画需要留白,艺术大师往往都是留白的大师,方寸之地亦显天地之宽。南宋马远的《寒江独钓图》,只见一幅画中,一叶扁舟,一个渔翁在垂钓,整幅画中没有一丝水,而让人感到烟波浩渺,满幅皆水。在这次实验中也创设了一次给学生“留白”机会。
备课时估计同学们能在半节课内按要求完成实验目标,其余时间分以下几步:
一、每一实验小组整理提交实验中发现的各种问题和现象;
二、对各小组的问题和现象进行归纳整理、分类;
三、各小组再次对发现的问题进行实验验证总结;
四、再次集体进行汇总,梳理规律。
(预先估计学生在实验时可能会出现的各种问题、现象,到时候补充)
实验课内学生先自学完成实验目标、实验步骤的整理,提出预习中发现的问题,解决问题后学生自主进行实验。实验中学生们兴趣浓郁,在目标实验的基础上,摆弄着器材尝试着寻找各种可能发生的现象。
提交发现和问题时,学生一共提出许多现象和问题,讨论后总结成六条:
1.物体放在焦点处时找不到像;
2.物体移动时像的大小和距离也发生变化,但不知怎样变化?
3.成实像时在物体这一侧也能看到一像,这是怎样形成的?
4.物体在二倍焦距内像是缩小的,二倍焦距外是放大的;
5.物体上下移动时,像也是上下变化。
6.用不透明物体遮住透镜的一半,成像又会如何变化?
这些都是学生平时难以理解和解题时犯错误的问题所在。组织第二轮实验,再次验证同学们的发现,收集归纳分成这种几种问题,相互补充,对透镜成像中难点进行了清理。
两节课很快在有序中就过去,学生交上来的实验报告出乎意料的好,记录的现象新颖,分析到位,完全不是平时我们按部就班时的呆板、机械。 学生的一些实验报告片段摘录如下:
一、烛焰经过凸透镜在光屏上成实像时,蜡烛会越烧越短,我们发现烛焰在光屏上像的位置却不断上移,我们就想是不是烛焰成像位置和烛焰移动的方向有关呢?相互之间又是怎样的联系呢?针对这个问题设计了以下实验方案:
1.在U>f的基础上,渐渐往远离透镜的方向移动蜡烛,移动光屏,像清晰地呈现在光屏上,记录像距。
2.在U>f且在光屏上成清晰的像时,上下移动蜡烛,观察像在光屏中的位置的变动,左右移动,像的位置又如何变化?
经过现象比较和数据分析,我们得出以下结论:像位置变动和烛焰位置变动有关,且刚好相反:即烛焰远离透镜,像靠近透镜;烛焰向下移动,像向上移动:烛焰向左移动,像向右移动。
二、开始的时侯认为如果用一件不透明的物体遮住透镜的一半,就只有一半的像了。在烛焰经过凸透镜在光屏上成实像时,用实验册挡住透镜的一部分,我们惊奇地发现,还是能成完整的像,只不过是像的明亮程度减弱,继续增加被挡部分,像基本上还是完整的,只是明亮程度越来越暗,烛焰中光线较弱部分先变得不清楚。
三、在成实像的同时,沿着烛焰光入射的方向去观察透镜,他们当时就很惊讶,邀请了旁边许多同学去观察觉他们的发现,因他们无法用凸透镜成像的规律来解释,还进行了好一番争论,让我给他们评一评谁的理由是正确的。我当时想法是,马上解说,达不到预期效果,就没有正面回答,只是点拨了一下,只有光的折射才能成像吗?留给他们分析的空间和时间。有的同学当即恍然大悟,结果他们的实验报告中自己分析更精彩,更具有科学性:在烛焰经过凸透镜在光屏上成实像时,如果沿着烛焰光入射方向去观察透镜,可以看到透镜中有一个烛焰所成的正立、缩小的虚像,这现象根本无法用凸透镜实像时的知识来解析,我们小组经过分析、讨论一致认为这不是光通过透镜折射形成的,是由于光在透镜表面反射引起,凸透镜的表面相当于是一面凸面镜,光在凸面镜的表面发生反射,所形成的像是正立、缩小的虚像,正如汽车的观后镜里都是正立、缩小的虚像。
一次尝试,却获得如此意想不到的结果。学生发现的这些问题是凸透镜成像中的难点,以前曾用过很多方法来突破,效果都不理想,学生总感云山雾罩,在解题时还是照样出错。这次“留白”终于冲破了我教学思维的禁锢,留一些时间,一些空间给学生,让他们在好奇且无压力的情况下摸索,给了他们另辟途径的机会,观察到一些新现象,产生了新问题,带着问题进行实验,又带着新的问题展开讨论。
艺术作品中的“留白”,在科学中也同样意味深长——正是培养学生自主的精神浓缩。
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