李超 孙立航 姚秀伟
摘 要：“透镜对光的作用”实验对于学生深入理解透镜的作用和透镜在视力矫正方面的实际应用具有重要的价值.针对以往实验的不足，提出多维度探究、优化探究顺序和教师演示与学生实验相结合等改进建议.
关键词：透镜;实验改进;多版本教材整合
文章编号：1008-4134（2020）02-0018 中图分类号：G633.7 文献标识码：B
通讯作者简介：姚秀伟（1977-），女，黑龙江哈尔滨人，硕士，讲师，研究方向：物理教学论.
关于“透镜对光的作用”这一知识点，《义务教育物理课程标准（2011版）》要求：认识凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用.“透镜”和“透镜对光的作用”既是“凸透镜成像”这一核心内容的探究和分析论证前提，也是正确理解“眼球”“视力的缺陷和矫正”的认知前提，因此属于重要的基础性知识.每个知识的发现、建立等过程应以实验为基础[1].现将几个常用版本教材中关于透镜对光的作用及相关实验的编写情况进行对比分析、整合优化和改进创新，以求在达到课程标准要求的同时培养学生的探究素养.
1 教材中关于透镜对光的作用实验的编写情况
教材是教师实施教学的重要依据和参考，对多版本教材的同一知识点进行对比、整合，可以优化教学设计、实施高端备课[2].为了解教材中“透镜对光的作用”这个知识点的编写思路和实验安排，下面从该知识点的呈现方式和相关知识的逻辑顺序两个方面对教科版、人教版等七种版本教材进行统计，见表1.
由表1可知，七种版本的教材与义务教育物理课程标准对此知识点的要求均表现出了高度的一致性.从章节分布来看，人教版、北师大版、苏科版和沪粤版将“透镜”独立设节，更显出知识的独立性和完整性，而且可以让学生在充分消化该知识之后再进行“凸透镜成像”的探究.从编排结构看，除沪科版外，其他版本教材均将凸透镜和凹透镜编排在相同位置，方便对比探究或讲解;而沪科版将凹透镜单独編排在课后的“信息窗”中，位置处于凸透镜相关知识和凸透镜成像探究之后，使凸透镜的知识脉络更加连贯，但可能会使凹透镜知识得不到足够的重视.从相关知识逻辑顺序看，六种版本（除教科版外）的教材选择在认识透镜之后先给出主光轴、光心等概念，为学习透镜对光的作用提供概念基础;教科版始终没有明确提及主光轴和光心，而是利用冰透镜聚光的故事和凸透镜聚光的图片直接交代焦点和焦距这两个核心概念.从理解焦点本质含义的需要看，应将焦点的概念建立在主光轴之后;而且教科版教材在后面探究凸透镜成像的“三条特殊光线”图示中画出了主光轴、隐含了光心，因此教学中应在适当位置补充关于主光轴和光心的学习.在提及主光轴和光心的六种版本中，四种版本先根据透镜与球面的关系给出主光轴，再介绍光心;而苏科版和沪粤版则相反，将光心概念置于主光轴之前，尤其是苏科版将主光轴描述成“过光心垂直镜面的直线”，更方便学生理解和作图.从呈现方式看，沪科版和沪教版直接将透镜对光的作用以图片形式呈现，更注重知识的结果性;教科版、人教版和北师大版则将此安排为演示实验，可以让学生经历现场观察，增强真实感、亲切感和趣味性、探究性;苏科版和沪粤版将“透镜对光的作用”安排为学生活动，让学生通过动脑思考、动手探究和对比分析促进对透镜作用的理解，更适合于探究式教学.但无论是图片展示、实验演示还是学生活动，选择的内容虽都简单易做、现象明显，但也存在不足之处.接下来将对原有实验安排进行分析并针对问题提出改进建议.
2 “透镜对光的作用”实验分析与改进
2.1 原有实验
从表1列出的演示或学生活动的具体实验内容看，所有教材均只研究透镜对平行于主光轴方向光的作用，且进行演示或活动前学生均已了解部分相关概念（如主光轴、光心等）.这样的实验设计存在两个缺点：首先是实验不全面.除平行光外，还应探究透镜对非平行光的作用，以便更科学地理解会聚和发散的含义，有些教师在实际教学中已经有意识地补充了这部分内容[3].其次是光心概念的给出没有体现探究性，学生并没有思考为什么引入光心或主光轴，只是被动接受，不易理解其本质，学生思维没有得到有效发展.针对上述问题，下面从实验内容、探究顺序和实验方式几个方面进行改进.
2.2 改进实验
2.2.1 实验内容和探究顺序改进
为全面展示透镜对光的作用，便于学生知识体系的自主建构，改进后的实验内容和探究顺序如图1所示.
实验步骤及创新点：从演示透镜对一束单色光的偏折作用入手，更符合学生认知，因为前面刚刚学过的光的折射规律探究就是利用一束单色光进行的.观察一束单色光经透镜后出现偏折的现象，有利于学生深入理解透镜的折射本质，从而将新知识融入已有知识体系，并为后面揭示“会聚和发散的奥秘”奠定基础.然后组织学生围绕单色光偏折进行自主深入探究，会有学生发现经透镜上某一特定点的光线不发生偏折的特殊实验现象，引发认知冲突，教师恰好可以利用这一认知冲突带领学生构建光心概念.之后进入多束光探究.以凸透镜为例，先用三束绿色激光按教材方式发出平行光从凸透镜左侧垂直镜面入射，如图2（a）所示，学生观察并得出结论后，教师追问：如果光从凸透镜右侧垂直入射或斜入射，光线还会会聚吗？让学生尝试自主探究，并总结出：凸透镜对各个方向入射的平行光均有会聚作用;保持图2（a）所示的绿色光线不变，将三束红光从凸透镜右侧逆着绿色光线方向射向透镜，让学生猜测并观察现象，如图2（b）所示，引导学生多维度理解折射光路的可逆性;关掉绿色激光笔，只保留红色光束，如图2（c）所示，再追问：三束红光原本交汇于一点，经凸透镜后却变成平行光，这时凸透镜对光还起会聚作用吗？凸透镜是否只对平行光有会聚作用？再次设计认知冲突，从而带领学生正确深入地理解“会聚”作用的含义，构建主光轴、焦点和焦距等概念.最后探究凸透镜与三棱镜的关系，揭示凸透镜会聚的奥秘，体现多维度探究论证的思想.凹透镜对光的发散作用也可以采取类似的方法探究.
2.2.2 实验方式改进
《义务教育物理课程标准（2011版）》强调此阶段的物理课程应注意让学生经历实验探究过程.学生实验可以让学生经历演示实验无法给予的实践和探究过程，更好地培养学生科学探究素养.因此“透镜对光的作用”教学可采用学生实验和演示实验相结合的方式，在初步认识透镜后，教师先演示一束单色光经透镜的偏折现象，再组织学生进行精细探究，发现光心;“透镜对平行光的作用”也采取先教师演示再学生发散探究的方式;另外，还可安排学生课后利用白光光源和放大镜等继续探究，练习定量测量焦距;对于学习程度好的学生，甚至可以鼓励其进行副光轴、副焦点等的尝试性探究.
3 总结
不同版本教材中“透镜对光的作用”的编排和呈现各具特色，通过比较和整合不同版本教材资源、改进优化实验内容和方式，找到对知识处理最优的方案.
将学生实验和演示实验相结合，单束光、平行光、非平行光探究相结合，定性探究与定量测量相结合，让学生在观察、思考、分析、实践和探究的过程中培养多维度探究和发散性思维，提升核心素养.
参考文献：
[1]赵振宇，黎莎.初中物理教学与学生生活的融合——以“透镜”教学为例[J].物理教学，2019，41（09）：45-48.
[2]马晓妍，刘艳超，杨薇.关于凸透镜成像规律教学的几点思考[J].中学物理教学参考，2019，48（17）：38-41.
[3]彭佳，许桂清，吴先球.六种版本初中教材“探究凸透镜成像规律”实验的比较与启示[J].物理教学探讨，2019，37（09）：22-25.
[4]孙玥， 邓妍. 基于“多版本教材整合”的初中物理备课策略——以"光的反射"为例[J]. 中学物理（初中版）， 2019， 37（16）：59-61.
[5]彭国勇 . 浅论凸透镜对光的会聚作用[J]. 新课程， 2017（11）：78.
（收稿日期：2019-09-10）
