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摘 要： 本文通过对凸透镜成像规律实验教学的反思，对实验器材和实验教学方案提出改进方法，主要从器材中光源和光屏的改进，以及实验数据的图像化处理两个方面进行阐述，使实验操作更简便、实验效果更明显、实验过程更完善，使学生真正从实验中发现规律，从规律中总结知识。
关键词： 初中物理 凸透镜成像规律 数据图像化
凸透镜成像规律是八年级物理光学部分的一个教学重点和难点，根据新课程的要求，本课主要让学生通过科学探究活动，找出凸透镜成像规律。在实际教学中虽然学生能够采用实验方法进行探究，但由于实验器材的限制及实验方案的缺陷，学生很难通过实验数据总结出成像规律，最后仍然是教师将成像规律灌输给学生。这样的实验教学不仅没有体现出学生自主探究的主体性，而且不利于学生思维能力和创造能力的培养。通过对本课实验教学过程的反思，发现本实验的器材和实验方案都有改进余地，且改进后，既有利于学生顺利完成实验，又能让学生总结出成像规律，取得良好的教学效果。
一、实验器材的现代化
相对于现在实验室中应用越来越多的传感器、数字设备等先进仪器来说，凸透镜成像实验的一些器材的确过于陈旧，有点跟不上时代。
首当其冲的是光源，用蜡烛火焰作为光源存在很多弊端。首先蜡烛火焰的亮度不够高，实验需要在比较暗的环境下进行，否则实验效果将大打折扣，而太暗的环境会导致学生记录数据时光线不足，不能看清黑板上的板书。实际教学中，教师既要在板书时开灯，又要在学生做实验时关灯，不仅比较麻烦，而且忽明忽暗会让学生眼睛感觉不适。其次蜡烛火焰的位置很不稳定，容易随风摆动，质量差点的蜡烛的火焰甚至有时会跳动，给确定像的位置带来很大误差。而且实验一段时间后，蜡烛长度会明显变短，违背实验中对烛焰、凸透镜、光屏中心在同一高度的要求。最后蜡烛就是一个巨大的安全隐患，蜡烛点燃需要用到火柴或打火机，而现在初中生可能有一大半人从来没用过火柴有的学生划燃火柴后，不知所措就直接扔在课桌或地板上，后果可想而知。打火机虽然相对火柴容易使用些，但存在安全隐患，使用不当甚至会引起爆炸。还有进行实验操作时，由于蜡烛固定不牢，可能会从光具座上倒下来，容易对学生造成伤害。对于班级比较多的学校，几堂课下来，教室里的气味就很难闻，蜡烛油滴在桌子上很难清理，加上蜡烛油受热挥发，最后附着在地板上，喜欢把凳腿翘起来的学生很容易滑到。
针对蜡烛火焰作为光源的这些弊端，改用LED手电筒作为光源能彻底解决上述问题。首先它的亮度很强，即使教室里开着灯，在光屏上仍然能够找到比较清晰的像。其次LED手电筒用一根铁丝环绕做成支架后能像凸透镜或光屏一样，很容易地固定在光具座上，而且可以上下调整，光源位置固定。LED手电筒使用起来十分方便，按下开关就行，节省很多实验操作时间。用完没电时，只需更换电池，实验时不会产生额外的垃圾或难闻的气味。制作LED手电筒光源很简单，只需在LED手电筒前贴一张镂空成“F”形的黑色不干胶，这样便于比较像的正倒，整个LED手电筒光源组装完成后，如图所示。
除了光源外，还需要改进的实验器材就是光屏。光屏是用来呈接凸透镜所成实像的器材，虽然传统白屏能够很好地完成它的使命，但不能很好地比较出成像的大小，特别在做凸透镜成等大的实像的实验时，靠人肉眼感觉会造成很大误差。针对它的缺陷，改进方法很简单，在白屏上覆盖一张横线格纸，如图所示。这样既不影响成像，又方便比较成像的大小。当然处理光源，镂刻黑色不干胶上的“F”时，最好事先量好尺寸，大小刻成横线格纸上横格高度的整数倍，并事先告知学生，这样更容易进行比较。
二、实验方案的信息化
如果说实验仪器是构筑一个探究实验的基石，那实验方案就是探究实验的灵魂。没有好的实验方案，再好的实验仪器也发挥不出作用。
作为重点的实验探究过程，教材上通过调整物距，分别使烛焰在光屏上成倒立缩小、倒立放大及倒立等大的像，测量并记录物距和像距，然后分析表中的信息，归纳总结出凸透镜成像规律。
但事实上，仅凭几组实验数据，学生是不可能归纳出凸透镜成像规律的。即使能把整个班级同学的实验数据汇总起来，光从表格中单一的数字，学生也很难找到数据间的联系，总结出成像规律。如果将数据转化为图像，反映到坐标轴上，学生就能通过图像直观地发现实验数据的特点，为学生思维架设一座桥梁，通过思考学生能总结出成像规律。而要实现实验数据到图像的快速转换，我们只需要使用OFFICE办公软件中的EXCEL电子表格的图表功能。
上课之前，事先制作好需要的空白电子表格，打开EXCEL软件，制作两张表格，分别用来记录凸透镜成倒立、缩小的像和成倒立、放大的像时的实验数据。以倒立、缩小的像为例，建立表格如下。
然后选择菜单中的“插入”，点击子菜单中的“图表”，在弹出的图表类型对话框中选择“XY散点图”，然后点击下一步，在数据区域中选择物距这一列数据，再点击下一步，对标题、坐标轴、网格线、图例、数据标志等选项进行简单设置后，点击完成，做出物距的分布图。再按照上述步骤，将数据区域改成像距一列，做出像距的分布图，效果如下图所示。
在设计表格时，预留20组实验数据，目的在于使实验数据更具广泛性。在实际教学中先将空白表格和分布图像投影到屏幕上，然后选择性地让各实验小组上台将测得的不同数据填入表格中，注意使数据大致分布均匀。在学生上台将数据填入EXCEL表格时，图表会自动显示各数据的分布情况，最终数据分布图如图所示。观察图像不难发现，在凸透镜成倒立缩小的像时，物距都大于20cm，像距则都在10cm和20cm之间。然后改变凸透镜的焦距再进行实验，结合实验使用的凸透镜的示意图（如图所示），相信绝大多数学生都可以找到凸透镜成倒立缩小的像时，物距与焦距及像距与焦距的关系。在本实验
中，数据的图像化不仅可以用来显示物距、像距的分布情况，而且可以用来寻找物距、像距变化的规律。在EXCEL表格中，把实验数据按物距从小到大排序后，图像瞬间就会变为物距和像距的变化规律图，如下所示。从图像中一眼就可以发现，当物距逐渐增大时，像距逐渐减小的规律。实验中其他成像规律也可以用类似方法得出，不再赘述。对比表格中枯燥单一的数据，图像能更灵活直观地显示数据间存在的内在联系，学生通过观察图像分析数据，找出凸透镜成像规律。本来凸透镜成像实验的难点，通过实验数据的图像化处理后，被轻松化解，教师真正从学生学习知识的传授者转变为学生学习知识的引导者，体现新课程改革中让学生体验知识的形成，在探究过程中主动获取知识的精神。
随着实验室数字化、信息化的发展，在初中物理实验中，一些传统实验中存在的弊端和不足逐渐凸显出来，我们要通过实验教学反思发现这些实验存在的问题，并通过提高自身现代化教学水平和不断创新精神，努力解决实验中发现的问题，使实验操作更简便、实验效果更明显、实验过程更完善，使实验教学更有效地培养学生的科学思维能力和创新能力。
关键词： 初中物理 凸透镜成像规律 数据图像化
凸透镜成像规律是八年级物理光学部分的一个教学重点和难点，根据新课程的要求，本课主要让学生通过科学探究活动，找出凸透镜成像规律。在实际教学中虽然学生能够采用实验方法进行探究，但由于实验器材的限制及实验方案的缺陷，学生很难通过实验数据总结出成像规律，最后仍然是教师将成像规律灌输给学生。这样的实验教学不仅没有体现出学生自主探究的主体性，而且不利于学生思维能力和创造能力的培养。通过对本课实验教学过程的反思，发现本实验的器材和实验方案都有改进余地，且改进后，既有利于学生顺利完成实验，又能让学生总结出成像规律，取得良好的教学效果。
一、实验器材的现代化
相对于现在实验室中应用越来越多的传感器、数字设备等先进仪器来说，凸透镜成像实验的一些器材的确过于陈旧，有点跟不上时代。
首当其冲的是光源，用蜡烛火焰作为光源存在很多弊端。首先蜡烛火焰的亮度不够高，实验需要在比较暗的环境下进行，否则实验效果将大打折扣，而太暗的环境会导致学生记录数据时光线不足，不能看清黑板上的板书。实际教学中，教师既要在板书时开灯，又要在学生做实验时关灯，不仅比较麻烦，而且忽明忽暗会让学生眼睛感觉不适。其次蜡烛火焰的位置很不稳定，容易随风摆动，质量差点的蜡烛的火焰甚至有时会跳动，给确定像的位置带来很大误差。而且实验一段时间后，蜡烛长度会明显变短，违背实验中对烛焰、凸透镜、光屏中心在同一高度的要求。最后蜡烛就是一个巨大的安全隐患，蜡烛点燃需要用到火柴或打火机，而现在初中生可能有一大半人从来没用过火柴有的学生划燃火柴后，不知所措就直接扔在课桌或地板上，后果可想而知。打火机虽然相对火柴容易使用些，但存在安全隐患，使用不当甚至会引起爆炸。还有进行实验操作时，由于蜡烛固定不牢，可能会从光具座上倒下来，容易对学生造成伤害。对于班级比较多的学校，几堂课下来，教室里的气味就很难闻，蜡烛油滴在桌子上很难清理，加上蜡烛油受热挥发，最后附着在地板上，喜欢把凳腿翘起来的学生很容易滑到。
针对蜡烛火焰作为光源的这些弊端，改用LED手电筒作为光源能彻底解决上述问题。首先它的亮度很强，即使教室里开着灯，在光屏上仍然能够找到比较清晰的像。其次LED手电筒用一根铁丝环绕做成支架后能像凸透镜或光屏一样，很容易地固定在光具座上，而且可以上下调整，光源位置固定。LED手电筒使用起来十分方便，按下开关就行，节省很多实验操作时间。用完没电时，只需更换电池，实验时不会产生额外的垃圾或难闻的气味。制作LED手电筒光源很简单，只需在LED手电筒前贴一张镂空成“F”形的黑色不干胶，这样便于比较像的正倒，整个LED手电筒光源组装完成后，如图所示。
除了光源外，还需要改进的实验器材就是光屏。光屏是用来呈接凸透镜所成实像的器材，虽然传统白屏能够很好地完成它的使命，但不能很好地比较出成像的大小，特别在做凸透镜成等大的实像的实验时，靠人肉眼感觉会造成很大误差。针对它的缺陷，改进方法很简单，在白屏上覆盖一张横线格纸，如图所示。这样既不影响成像，又方便比较成像的大小。当然处理光源，镂刻黑色不干胶上的“F”时，最好事先量好尺寸，大小刻成横线格纸上横格高度的整数倍，并事先告知学生，这样更容易进行比较。
二、实验方案的信息化
如果说实验仪器是构筑一个探究实验的基石，那实验方案就是探究实验的灵魂。没有好的实验方案，再好的实验仪器也发挥不出作用。
作为重点的实验探究过程，教材上通过调整物距，分别使烛焰在光屏上成倒立缩小、倒立放大及倒立等大的像，测量并记录物距和像距，然后分析表中的信息，归纳总结出凸透镜成像规律。
但事实上，仅凭几组实验数据，学生是不可能归纳出凸透镜成像规律的。即使能把整个班级同学的实验数据汇总起来，光从表格中单一的数字，学生也很难找到数据间的联系，总结出成像规律。如果将数据转化为图像，反映到坐标轴上，学生就能通过图像直观地发现实验数据的特点，为学生思维架设一座桥梁，通过思考学生能总结出成像规律。而要实现实验数据到图像的快速转换，我们只需要使用OFFICE办公软件中的EXCEL电子表格的图表功能。
上课之前，事先制作好需要的空白电子表格，打开EXCEL软件，制作两张表格，分别用来记录凸透镜成倒立、缩小的像和成倒立、放大的像时的实验数据。以倒立、缩小的像为例，建立表格如下。
然后选择菜单中的“插入”，点击子菜单中的“图表”，在弹出的图表类型对话框中选择“XY散点图”，然后点击下一步，在数据区域中选择物距这一列数据，再点击下一步，对标题、坐标轴、网格线、图例、数据标志等选项进行简单设置后，点击完成，做出物距的分布图。再按照上述步骤，将数据区域改成像距一列，做出像距的分布图，效果如下图所示。
在设计表格时，预留20组实验数据，目的在于使实验数据更具广泛性。在实际教学中先将空白表格和分布图像投影到屏幕上，然后选择性地让各实验小组上台将测得的不同数据填入表格中，注意使数据大致分布均匀。在学生上台将数据填入EXCEL表格时，图表会自动显示各数据的分布情况，最终数据分布图如图所示。观察图像不难发现，在凸透镜成倒立缩小的像时，物距都大于20cm，像距则都在10cm和20cm之间。然后改变凸透镜的焦距再进行实验，结合实验使用的凸透镜的示意图（如图所示），相信绝大多数学生都可以找到凸透镜成倒立缩小的像时，物距与焦距及像距与焦距的关系。在本实验
中，数据的图像化不仅可以用来显示物距、像距的分布情况，而且可以用来寻找物距、像距变化的规律。在EXCEL表格中，把实验数据按物距从小到大排序后，图像瞬间就会变为物距和像距的变化规律图，如下所示。从图像中一眼就可以发现，当物距逐渐增大时，像距逐渐减小的规律。实验中其他成像规律也可以用类似方法得出，不再赘述。对比表格中枯燥单一的数据，图像能更灵活直观地显示数据间存在的内在联系，学生通过观察图像分析数据，找出凸透镜成像规律。本来凸透镜成像实验的难点，通过实验数据的图像化处理后，被轻松化解，教师真正从学生学习知识的传授者转变为学生学习知识的引导者，体现新课程改革中让学生体验知识的形成，在探究过程中主动获取知识的精神。
随着实验室数字化、信息化的发展，在初中物理实验中，一些传统实验中存在的弊端和不足逐渐凸显出来，我们要通过实验教学反思发现这些实验存在的问题，并通过提高自身现代化教学水平和不断创新精神，努力解决实验中发现的问题，使实验操作更简便、实验效果更明显、实验过程更完善，使实验教学更有效地培养学生的科学思维能力和创新能力。