轩洪波

一、问题的引出

栖霞区八年级期末调研中一道光学题目的部分内容：探究凸透镜成像规律时如图1左所示，光源“F”放在距凸透镜15 cm处的光具座上，凸透镜固定在光具座零刻度线上，如果用遮光罩将凸透镜的上半部分罩住，则光屏上所成的像

出题者想通过这道题考查学生在“探究凸透镜的成像规律” 过程中看到不透明的光屏上所成像的情况，以及遮挡部分后的凸透镜能否形成完整的像.可能是图1中没有很好体现出实验者所在的位置，所以绝大多数的老师和学生解答这个题目时，所选答案是C选项.

区物理教研员在一次教师业务培训时，又让受训教师做了这道题，教研员将图1改成了图2，确定实验者在光具座中间看向光屏，考查结果大多数教师的答案依然是C选项.

学生实验时，看到不透明光屏上的像如图3样子，所以学生在光屏上看到像是D选项，为什么绝对多数老师和学生选C选项呢？

二、引发的思考

1.实验器材的改变，使实验考察的问题难度提高.探究凸透镜成像规律的实验是初中学生必做的学生实验，常规实验器材中所用的发光体是蜡烛，蜡烛的好处是取材方便、亮度高，在光屏上成的像清晰，由于烛焰左右对称，实验所成的像，学生只要观察形成的像的实虚、大小、正倒即可.缺点是当25组学生同时实验时，燃烧的烛焰使空气变得很浑浊，影响学生身体健康.现在有条件的学校已将蜡烛换成由发光二极管拼成“F”型字样的发光体，实验时没有了污染，但这样的光源在带来方便的同时，也使得学生观察凸透镜成像的特点的难度提高了，使用蜡烛实验时，学生主要观察像的“正立”还是“倒立”问题，而改进后的实验中，增加了成像的“左右”问题，从而增加了学生对实验现象观察分析的难度.

2.学生做实验的时间不足，使实验讨论深度和细度不够.教学大纲中规定“探究凸透镜成像的规律”是学生必须做的实验.学生做这个实验，需要对实验进行充分地观察和分析，但是教师因为教学进度和课时的限制，往往设计只安排一个课时，学生实验时，教师为了完成教学目标，除去课堂引入，实验操作讲解等，学生实验操作的实际时间不足30分钟，实验中观察重点往往被教师引导，像的特点集中在“大小”“倒立、正立”“实像、虚像”以及像的大小变化等方面，学生在实验过程中，对物体经过凸透镜成像特点缺少观察、分析、讨论和交流，实验的许多细节不是由学生亲自实验得知的，而是通过后来的多次习题训练完成的，加上教师很少引导学生直接透过凸透镜看物体的实像，学生以为实像只能用光屏承接，对知识建构过程不够充分.

探究时，如果学生用遮光板遮挡凸透镜的一部分，就能在光屏上看到稍微变暗的物体完整的像，如果教师引导学生对观察的现象进行充分讨论和交流，结论是经过学生讨论、归纳、总结出来的，那么学生就能分辨出什么是看到的现象，什么是总结的规律，就不会将结论性答案替代过程性答案了.

3.教师自身对成像特点了解深度不够.实验器材的改变，对教师的备课提出更高的要求.首先教师自己要明确平面镜和凸透镜成像的特点本质，包括成像中的左右问题，如果教师自己对物体所成像的左右问题不清楚，就不可能期望学生能够清楚.

什么是“上下、前后、左右”，有一部分教师对这个问题了解深度是不够的，人类在认识世界的过程中，为了定位方向，以自身为参考建立了一个三维坐标系，这个坐标系是以人的面部朝向为Z轴正向，以背部朝向为Z轴负向，分别代表方位“前”和“后”；以人的躯干（从眉心到肚脐的连线）为Y轴，头部和脚分别为Y轴正向和负向，代表方位“上”和“下”；而与两肩连线平行的方向为则为X轴，左的定义是：伸出你的右手，拇指与四指在一个平面上，并呈垂直状.若四指所指的方向为前，拇指所指的方向为上，那么掌心所对的方向就向左了，符合右手系法则.如图4，Y正方向是从下到上，Z正方向是从后到前.上和下、前和后的定义是绝对的（或者说先被定义），而左和右的定义则是相对的（或者说后被定义），左和右的定义依赖于上和下、前和后的定义.

人在平面镜中所成的像，按照以上的左右定义法，“像”的左边是平面镜前人的右边形成的，如果平面镜前的人符合右手系，它在平面镜中的“像”则符合左手系.用数学语言是轴对称图形.发光体相对平面镜成轴对称的“”.因为平面镜成虚像，所以只能用眼睛看平面镜所成像.

凸透镜成像可以通过光路分析得到，发光物体通过凸透镜光心的光线传播方向不发生改变，“像”相对于物体发生了180度的旋转，所成实像相当于几何的中心对称图形.如果凸透镜前的物体符合右手系，它通过凸透镜所成的“像”仍然符合右手系.发光体相对凸透镜成“”.

因为凸透镜可以成实像和虚像，成实像时可以用眼睛看，也可以用光屏承接像，学生实验时一般是站在光具座的中间，光屏使用也多是不透明的接受屏，所以他们看到的像是“”.如果光屏是透明的，学生所在的位置不同（如图5所示）看到的又是“”，如果去掉光屏，用眼睛直接看物体，看到的是“”.这道题目出题者想考察学生实验操作过程中观察到的现象，这是一道过程性的考题.在观察过程中就出现了看到的和分析的情况不同.

有教师说“这个题考察的目的是什么” ？“这不是故意扰乱 学生的思维吗” ？我们要培养学生的科学素养，学生在试验中必须“实事求是”，笔者认为这是一道有待完善的考查实验过程的好题，由于题图中，光屏的放置立体感不够强，学生不能确定观察者所在的位置，凸透镜所成像，在实际观察过程中像的左右和观察者站的角度有关；如果出题者将题目中的光屏改成“不透明”的，学生就能确定实验时所处光具座的中间位置，写出实验中看到的实际情况.

教师教学中追求教学目标的达成，使学生对观察到的现象缺少分析和质疑，学生的知识建构缺少讨论和交流，虽然学生亲历知识的建构过程与所掌握的教学内容和通过练习记忆的知识内容，在考试中成绩的区别不大，但对提高学生的科学素养，过程比结果对学生的发展更重要.笔者建议在光学凸透镜成像的教学中，用两节课进行实验探究，设计以小项目为板块的导学案引领学生有目的、有方向的进行探究，学生在实验过程中，边观察、边分析、边讨论、边交流，同时归纳总结得出实验结论，这样就留给学生知识建构的时间和空间.