《邊遠(yuǎn)學(xué)校初中物理作業(yè)分層的有效性研究》之動(dòng)手探究實(shí)驗(yàn)作業(yè)的分層的探索 論文

《邊遠(yuǎn)學(xué)校初中物理作業(yè)分層的有效性研究》之動(dòng)手探究實(shí)驗(yàn)作業(yè)的分層的探索摘要：自古我國(guó)著名教育家孔子就提出了“因材施教”這一教學(xué)理念，這與分層教學(xué)方法不謀而合，在教學(xué)中進(jìn)行分層要求，那么作業(yè)之中也應(yīng)該分層要求。尤其是邊遠(yuǎn)學(xué)校的學(xué)生，這種分層要求的必要性更加顯著。我們?cè)谶M(jìn)行《邊遠(yuǎn)學(xué)校初中物理作業(yè)分層的有效性研究》課題研究中，為了激發(fā)缺乏學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，增加了動(dòng)手作業(yè)。因?yàn)槲锢硎且婚T(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理科學(xué)科，課程改革之后，增加了實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)科中的比例，將重點(diǎn)從傳統(tǒng)理論轉(zhuǎn)移到動(dòng)手實(shí)踐能力上，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。關(guān)鍵詞：邊遠(yuǎn)學(xué)校分層動(dòng)手探究實(shí)驗(yàn)作業(yè)柱狀凸透鏡引言：最大限度地挖掘、開(kāi)發(fā)每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新潛能，從而促進(jìn)學(xué)生們協(xié)調(diào)、健康發(fā)展。自古我國(guó)著名教育家孔子就提出了“因材施教”這一教學(xué)理念，這與分層教學(xué)方法不謀而合，在教學(xué)中進(jìn)行分層要求，那么作業(yè)之中也應(yīng)該分層要求。尤其是邊遠(yuǎn)學(xué)校的學(xué)生，這種分層要求的必要性更加顯著。我們?cè)谶M(jìn)行《邊遠(yuǎn)學(xué)校初中物理作業(yè)分層的有效性研究》課題研究中，為了激發(fā)缺乏學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，增加了動(dòng)手作業(yè)。因?yàn)槲锢硎且婚T(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理科學(xué)科，課程改革之后，增加了實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)科中的比例，將重點(diǎn)從傳統(tǒng)理論轉(zhuǎn)移到動(dòng)手實(shí)踐能力上，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。在探索布置動(dòng)手作業(yè)即實(shí)驗(yàn)探究作業(yè)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。一位古希臘哲學(xué)家曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“世界上沒(méi)有兩片完全相同的樹(shù)葉?！边@個(gè)世界上也沒(méi)有完全相同的兩個(gè)人，受遺傳、家庭環(huán)境、個(gè)人心理、以及社會(huì)環(huán)境等因素的影響，人與人之間充滿(mǎn)了差異。對(duì)于在同一班級(jí)環(huán)境學(xué)習(xí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，即使有著相同的學(xué)習(xí)發(fā)展過(guò)程，他們之間也存在著巨大的差異。學(xué)生之間存有個(gè)體差異是非常正常的，所以即便是動(dòng)手探究實(shí)驗(yàn)我們也應(yīng)該注意到個(gè)體差異，在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中同樣要注意分層要求。既保證“面向全體”，又兼顧不同層次的學(xué)生。下面就以一次我和學(xué)生共同合作的實(shí)驗(yàn)探究作業(yè)為例，談一談如何在實(shí)驗(yàn)作業(yè)中分層。八年級(jí)滬粵版物理基礎(chǔ)訓(xùn)練中有一道關(guān)于圓柱狀凸透鏡成像規(guī)律的題目（P34頁(yè)第8題），班級(jí)兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)圓柱狀凸透鏡的成像規(guī)律與課本中所學(xué)習(xí)的普通薄凸透鏡的成像規(guī)律有一些不同，因此產(chǎn)生了濃厚的興趣，向我請(qǐng)教。我注意到近年來(lái)各地中考題中也出現(xiàn)了圓柱狀凸透鏡的相關(guān)題目（2009年江蘇卷和2019年寧波卷相繼出現(xiàn)了通過(guò)裝有水的圓柱形玻璃杯來(lái)觀(guān)察物像的題型），一方面中考題型越來(lái)越貼近生活，怎么用課本學(xué)到的知識(shí)來(lái)解釋生活中的實(shí)際問(wèn)題，另一方面圓柱狀凸透鏡在工業(yè)生產(chǎn)中也有著重要的應(yīng)用，如圓柱狀凸透鏡能在液晶顯示屏中起到較好的3D顯示效果。所以我覺(jué)得可以把探究柱狀透鏡的成像規(guī)律作為本章的一個(gè)動(dòng)手探究實(shí)驗(yàn)作業(yè)（課堂實(shí)驗(yàn)作業(yè)），引導(dǎo)學(xué)生從已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)中提煉相關(guān)的物理方法去探究新的規(guī)律，由現(xiàn)象到本質(zhì)地進(jìn)行探究。于是我在班級(jí)表?yè)P(yáng)了兩個(gè)孩子的科學(xué)專(zhuān)研精神并鼓勵(lì)班級(jí)里的孩子們向這兩位同學(xué)學(xué)習(xí)，共同合作探究。孩子們提出探究方法，摸索探究過(guò)程，我?guī)椭鷮ふ蚁嚓P(guān)器材，共同探討，總結(jié)出圓柱狀凸透鏡的規(guī)律。但是這是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，很多同學(xué)對(duì)薄透鏡規(guī)律的實(shí)驗(yàn)還不清楚，要想所有同學(xué)都能完整的完成柱狀凸透鏡的探究，幾乎是不可能的。為此，我對(duì)孩子們進(jìn)行了分層要求。A層次要求，所有學(xué)生都要明白。觀(guān)察圓柱體凸透鏡的成像情況。用普通的圓柱狀水杯為研究對(duì)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將一支筆放在水杯后從貼近水杯的位置慢慢遠(yuǎn)離水杯，觀(guān)察筆的像變化情況，并記錄。結(jié)果大部分學(xué)生都能發(fā)現(xiàn)當(dāng)筆貼近水杯時(shí)的像是正立（水平方向和豎直方向都與物體保持一致），水平方向會(huì)拉長(zhǎng)（水平方向放大，豎直方向厚度幾乎不變）；當(dāng)遠(yuǎn)離水杯時(shí)，像會(huì)水平方向左右相反并逐漸縮短但是豎直方向保持不變，（水平方向會(huì)出現(xiàn)倒立并逐漸縮小，豎直方向厚度幾乎不變）根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生們思考，柱狀凸透鏡的成像和薄凸透鏡有哪些相同和不同的地方呢？進(jìn)過(guò)比對(duì)，不難發(fā)現(xiàn)在像在水平方向的變化和薄凸透鏡很相似。為此我們可以推測(cè)當(dāng)筆很靠近水杯時(shí)，我們觀(guān)察到的像可能是虛像，遠(yuǎn)離水杯觀(guān)察到的像可能是實(shí)像。但是，為什么在豎直方向上像的厚度幾乎沒(méi)有什么變化呢？以及如何進(jìn)一步驗(yàn)證像的虛實(shí)？A層次是班級(jí)所以學(xué)生都必須掌握的，記住的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。由于邊遠(yuǎn)學(xué)校的孩子們平均基礎(chǔ)薄弱，很多人對(duì)薄凸透鏡成像規(guī)律和原因都不能理解，故針對(duì)這一部分孩子，就把他們的目標(biāo)定在A(yíng)層次，只要能明白記住柱狀凸透鏡的成像情況就能解決一些基礎(chǔ)的題目。在A(yíng)層次的基礎(chǔ)上，對(duì)中等以上學(xué)生，繼續(xù)開(kāi)展B層次實(shí)驗(yàn)。我為孩子們買(mǎi)來(lái)合適的柱狀凸透鏡，平行光源和F點(diǎn)光源，在結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)室的一部分器材，繼續(xù)探究。既然柱狀凸透鏡和薄透鏡有很多相似之處，那么我們就仿照薄凸透鏡的研究方法，首先研究平行光通過(guò)柱狀凸透鏡時(shí)，會(huì)如何傳播，是否能找到焦點(diǎn)和焦距。B層次要求，中等以上學(xué)生都要理解。探究平行光經(jīng)過(guò)柱狀凸透鏡的傳播情況，觀(guān)察是否有焦點(diǎn)和焦距。讓平行光束按照如圖2（下文將這個(gè)方向稱(chēng)為：水平方向）和圖3（下文將這個(gè)方向稱(chēng)為：豎直方向）兩種方向穿過(guò)圓柱狀凸透鏡，并記錄光的傳播情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究我們發(fā)現(xiàn)圓柱狀凸透鏡對(duì)光線(xiàn)的作用是會(huì)聚作用，但是與普通凸透鏡會(huì)聚在同一點(diǎn)不同，它是將水平方向的平行光線(xiàn)會(huì)聚在一個(gè)點(diǎn)上，而豎直方向的平行光線(xiàn)不改變傳播方向。如圖4所示當(dāng)光束穿過(guò)圓柱狀凸透鏡時(shí)，在同一個(gè)水平平面內(nèi)的光線(xiàn)會(huì)聚在一點(diǎn)，在同一個(gè)豎直平面內(nèi)的光線(xiàn)任然是平行光。因此一束平行光沿垂直中心軸方向光通過(guò)圓柱狀凸透鏡后是會(huì)聚在一條豎直的線(xiàn)上的；而一束平行光無(wú)論是沿水平方向還是豎直方向通過(guò)普通薄凸透鏡后都會(huì)聚會(huì)在焦點(diǎn)上的。同樣是凸透鏡，這是二者最大的區(qū)別。發(fā)現(xiàn)這一特點(diǎn)，孩子們都像發(fā)現(xiàn)新大陸一樣興奮，這是他們?cè)谡n本知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)自己的探究發(fā)現(xiàn)的新的知識(shí)的過(guò)程。經(jīng)過(guò)孩子們一直商量，大家把這條會(huì)聚的線(xiàn)稱(chēng)為焦線(xiàn)。焦線(xiàn)和圓柱體中心軸之間的距離稱(chēng)為焦距。通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)可以解釋為什么像在豎直方向厚度幾乎不發(fā)生變化了，因?yàn)楣饩€(xiàn)在豎直方向通過(guò)柱狀凸透鏡后傳播方向不發(fā)生變化，像自然就沒(méi)有變化。而光在水平方向經(jīng)過(guò)柱狀凸透鏡后會(huì)會(huì)聚經(jīng)過(guò)焦線(xiàn)，所以會(huì)出現(xiàn)像的正立和倒立以及大小的變化。經(jīng)測(cè)量我們所用的圓柱體凸透鏡的水平方向焦距為4cm。B層次的要求，其實(shí)并不高，在很多市中心學(xué)校里，一個(gè)班級(jí)絕大部分學(xué)生都是可以理解明白的，但是在邊遠(yuǎn)學(xué)校里，一個(gè)班級(jí)三十人不到，能理解這個(gè)層次也就十人左右。在完成B層次要求后，對(duì)班級(jí)里尖子生提出了新的要求，驗(yàn)證柱狀凸透鏡所成像的虛實(shí)，具體總結(jié)成像規(guī)律中物距和焦距的關(guān)系，以及像的變化情況。同學(xué)們自然想到了光屏，光具座等。C層次要求，班級(jí)尖子生的學(xué)生能理解（五人）。探究柱狀凸透鏡所成像的虛實(shí)、并嘗試總結(jié)成像規(guī)律。利用物理實(shí)驗(yàn)室的器材，結(jié)合普通薄凸透鏡的成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)，將led燈F字母點(diǎn)光源、圓柱狀凸透鏡和光屏分別放在光具座上，仿照普通薄凸透鏡的成像探究過(guò)程。本以為會(huì)是順理成章的事情，但是卻讓這些很自信的孩子們遇到了困難。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，光屏上卻無(wú)法成清晰的像，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)三者位置，我們都最多能看到幾條清晰的豎直的會(huì)聚光線(xiàn)呈現(xiàn)在光屏上。并沒(méi)有F光源的實(shí)像。然而去掉光屏，我們用眼睛或手機(jī)拍照功能可以直接觀(guān)察到成像情況（圖6）。同學(xué)們感到了困惑，既然和普通薄凸透鏡一樣對(duì)光線(xiàn)有會(huì)聚作用，那就應(yīng)該有實(shí)像，也就應(yīng)該能成像在光屏上，并且人的眼睛也確實(shí)看到了有像的存在，可是為什么在光屏上沒(méi)有像呢？不能用光屏承接像，也就意味著無(wú)法記錄像的性質(zhì)和像距，那我們的探究實(shí)驗(yàn)就不能完成，為了能承接出實(shí)像，同學(xué)們絞盡腦汁，有的同學(xué)提出用手機(jī)拍照功能，這樣就能清晰的看見(jiàn)成像，但是也有同學(xué)提出疑問(wèn)，手機(jī)拍照功能本身也是凸透鏡的成像，我們看到手機(jī)屏幕里的像其實(shí)是圓柱狀凸透鏡所成的像，經(jīng)過(guò)手機(jī)鏡頭后的二次成像。所以用手機(jī)成像也是不能準(zhǔn)確的記錄像的性質(zhì)和像的位置。在看似越來(lái)越接近成功的時(shí)候，孩子們卻遇到了困難，他們最終向我請(qǐng)教。我提醒他們點(diǎn)光源發(fā)出的光之所以能通過(guò)普通薄凸透鏡最后成像在光屏上，是因?yàn)辄c(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)凸透鏡后又會(huì)聚到了一起，而圓柱體凸透鏡只能把水平方向的光會(huì)聚一個(gè)點(diǎn)，豎直方向的光線(xiàn)并不會(huì)聚，所以光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)圓柱體凸透鏡后只能會(huì)聚在一條條豎直的直線(xiàn)上，因此我們只能看到一條條清晰的豎直光線(xiàn)，這些光線(xiàn)其實(shí)就畸變的像。人眼直接觀(guān)察時(shí)，其實(shí)在人眼視網(wǎng)膜上也接受到的也是這些畸變的像，但是人的大腦對(duì)畸變的像有一定的調(diào)整能力，因而我們的眼睛能看到較為清楚的像。這些孩子們，很快領(lǐng)悟到這些，讓我沒(méi)有想到的是，他們大膽的提出了兩種方案想嘗試?yán)^續(xù)從光屏上找清晰的像。1、二次成像法。眼睛能看清這個(gè)像，眼睛其實(shí)也是一個(gè)凸透鏡，眼睛看像屬于二次成像。那經(jīng)過(guò)一個(gè)薄凸透鏡二次成像是否可能在光屏上得到清晰的像呢？2、F線(xiàn)光源法。能不能用F線(xiàn)光源代替F點(diǎn)光源來(lái)避免所有光線(xiàn)都會(huì)聚在一條線(xiàn)上的情況，從而避開(kāi)畸變的像，找到清晰的像？孩子們還具體設(shè)想了兩種方法應(yīng)該注意的事項(xiàng)，其中第1種方法，可以控制光屏與薄透鏡的距離為2f，這樣若是在光屏上能得到清晰的第二次像，這個(gè)像的大小會(huì)和經(jīng)圓柱體凸透鏡第一次成像大小相同上下左右倒立，第一次成像到薄凸透鏡的距離也是2f。通過(guò)這些我們就能準(zhǔn)確的判定第一次成像的位置和像的性質(zhì)。第2種方法，需要用激光筆自制光源。制作的過(guò)程中要注意光線(xiàn)需要平行的射出來(lái)。1、利用二次成像的方法，尋找清晰的成像。我們用焦距為10cm薄凸透鏡和光屏來(lái)尋找二次成像，為了能成到和第一次一樣大的像，方便我們記錄像的大小，我們固定了薄透鏡和光屏的距離為20cm，希望通過(guò)像距v=2f來(lái)找到和第一次成像一樣大小的像。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)都不能通過(guò)二次成像的方法，獲得清晰的像，光屏依然是畸變的像。討論分析原因得出：薄凸透鏡的二次成像依然是畸變的像，是因?yàn)榈谝淮蔚某上裨揪褪腔兊南?，薄凸透鏡不是人眼，對(duì)畸變的像沒(méi)有調(diào)整能力，二次成的像自然也是畸變的像。2、F線(xiàn)光源法。利用激光筆，自制F線(xiàn)光源來(lái)代替原來(lái)的F點(diǎn)光源，探究圓柱體凸透鏡成像情況。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在光屏上能有F字樣，但是當(dāng)線(xiàn)光源在一倍焦距以?xún)?nèi)時(shí)，依然有F字樣，這與普通薄凸透鏡物距在一倍焦距以?xún)?nèi)不成實(shí)像是矛盾的？討論分析原因得出：線(xiàn)光源本來(lái)就是一條條的光線(xiàn)，所以在光屏上出的F字樣，其實(shí)一條條獨(dú)立的光線(xiàn)，并不是像，故即便在物距小于f，也有字母F呈現(xiàn)在光屏上。故，這方法也不可行。雖然這兩種改進(jìn)方案最終都沒(méi)能成功，在科學(xué)探究的過(guò)程中，他們已經(jīng)懂得觀(guān)察、思考、實(shí)踐、創(chuàng)新。這也是分層后，無(wú)形之中賦予他們更大的鼓勵(lì)和表?yè)P(yáng)，才讓他們更加積極主動(dòng)的動(dòng)腦動(dòng)手起來(lái)。孩子們總結(jié)以往探究過(guò)程得知，要想直接在光屏上承接到清晰的像是不可能的，因此最終決定先用畸變的像來(lái)確定像距，再用人眼觀(guān)察判斷像的性質(zhì)這種二次鑒別法。二次鑒別法終探圓柱體凸透鏡的成像情況利用F點(diǎn)光源、圓柱體凸透鏡、光具座和光屏探究成像。1、F光源放置在u>2f，前后移動(dòng)光屏上尋找清晰的畸變像。記錄像距，再用眼睛觀(guān)察像的性質(zhì)。2、F光源放置在u=2f，前后移動(dòng)光屏上尋找清晰的畸變像。記錄像距，再用眼睛觀(guān)察像的性質(zhì)。3、F光源放置在f<u<2f，前后移動(dòng)光屏上尋找清晰的畸變像。記錄像距，再用眼睛觀(guān)察像的性質(zhì)。4、F光源放置在u=f，前后移動(dòng)光屏上尋找清晰的像。5、F光源放置在u<f，前后移動(dòng)光屏上尋找清晰的畸變像。記錄像距，再用眼睛觀(guān)察像的性質(zhì)。最終完成所有規(guī)律探究實(shí)驗(yàn)的只有班級(jí)的尖子生這五個(gè)同學(xué)，我們能發(fā)現(xiàn)，圓柱體凸透鏡成像規(guī)律與普通薄凸透鏡的成像規(guī)律基本一致，所不同的地方是：普通薄凸透鏡是水平和豎直方向同時(shí)倒立，而圓柱體凸透鏡是只在水平方向倒立，豎直方向依然正立。普通薄凸透鏡是水平和豎直方向同時(shí)放大或縮小，而圓柱體凸透鏡是只在水平方向放大或縮小，豎直方向等高。所以會(huì)出現(xiàn)這些不同，本質(zhì)上就是因?yàn)?，圓柱體凸透鏡只使得水平方向的光線(xiàn)發(fā)生會(huì)聚，而豎直方向的光線(xiàn)不改變傳播方向所致。在這次分層探究實(shí)驗(yàn)中，A層次的要求是生活中常見(jiàn)的基本現(xiàn)象，只要掌握了這些現(xiàn)象就能解決基本的題目；B層次的要求可以幫助學(xué)生大致的理解這種現(xiàn)象的成因；C層次的要求，最終的結(jié)論已經(jīng)不是很重要了，引導(dǎo)孩子們發(fā)揮想象，充分的動(dòng)手動(dòng)腦的過(guò)程才是最重要的。對(duì)邊遠(yuǎn)學(xué)校的學(xué)生實(shí)行動(dòng)手實(shí)