初中物理八年级上册第五章第3节凸透镜成像的规律（安徽版）探究式教案

初中物理八年级上册第五章第3节凸透镜成像的规律（安徽版）探究式教案

一、教学内容与目标定位：基于核心素养的精准设计

（一）教材分析与处理（基础）

本节课是人民教育出版社八年级物理上册第五章《透镜及其应用》的核心内容，是整个章节的枢纽。它上承“透镜”的基本性质和“生活中的透镜”的成像现象，将学生从对现象的感性认识引入到对规律的理性探究；下启“眼睛和眼镜”、“显微镜和望远镜”，为理解这些光学仪器的原理奠定坚实的物理基础。课程标准对本节课的要求是“探究并知道凸透镜成像的规律”，这既是过程性要求，也是终结性要求。因此，本节课的设计必须摒弃传统的验证性实验教学，转向以探究为核心，让学生在经历科学探究全过程的基础上，自主建构知识，发展科学思维。针对安徽省初中物理教学实际，考虑到实验条件与学情，本设计在教材基础实验（蜡烛、光具座）上，引入更稳定、更精确的“F”形LED光源作为改进，旨在降低操作难度，提高数据准确性，让学生聚焦于规律本身的发现与理解【重要】。

（二）学情分析（基础）

授课对象为八年级学生，他们正处于物理学习的入门阶段。已有知识上，学生通过前两节的学习，已经知道凸透镜对光有会聚作用，并能识别照相机、投影仪、放大镜等生活中常见光学仪器的成像特点，这为本节课的猜想环节提供了经验基础。能力基础上，学生通过“探究平面镜成像特点”的实验，初步具备了基本的实验操作能力和观察能力，但面对本节课中涉及多个变量（物距、像距、焦距）且需要同时观察多个维度（大小、倒正、虚实）的复杂探究任务，学生的逻辑思维和控制变量意识仍显薄弱，分析数据并归纳出一般规律是本节最大的认知障碍【难点】。因此，教学中需要搭建有效的“脚手架”，引导学生有目的、有步骤地进行探究。

（三）教学目标（核心）

1.物理观念：通过实验探究，理解并掌握凸透镜成像的规律，能准确描述物距变化时像的虚实、大小、正倒的变化规律；能运用该规律解释照相机、投影仪、放大镜的成像原理，形成初步的光学物理观念。

2.科学思维：经历“提出问题—猜想假设—设计实验—进行实验—分析论证—评估交流”的科学探究全过程，学习从物理现象中归纳科学规律的方法，培养基于证据进行分析和推理的科学思维能力【非常重要】。

3.科学探究：能在实验过程中，通过观察和测量，收集物距、像距及像的特征等数据，并尝试找出两个关键分界点（焦点和二倍焦点），培养发现问题和解决问题的能力。

4.科学态度与责任：在小组合作中，培养交流、合作、探究的能力及团队精神。通过严谨的实验操作和数据分析，养成实事求是的科学态度。结合安徽本地科技发展（如合肥“科学岛”上的光学研究），激发将物理知识服务于人类的使命感与责任感。

（四）教学重难点

1.教学重点：通过实验探究，归纳总结出凸透镜成像的规律。【基础】【高频考点】

2.教学难点：指导学生通过实验数据，分析、归纳出凸透镜成像的两个关键分界点（一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小），并理解其物理意义。【难点】

（五）教学准备

1.器材准备（分组实验）：光具座（带刻度尺）、“F”形LED光源（用9个高亮红色LED按“F”字样镶嵌在白色板上）、光屏（带网格或刻度）、不同焦距的凸透镜（f=5cm、f=10cm、f=15cm）、电池盒、导线、废旧报纸（垫于光具座下防污）。

2.多媒体准备：多媒体课件（含“蝴蝶杯”视频、成像规律动画模拟、实验步骤及注意事项）、实物投影仪。

二、教学实施过程：问题驱动下的深度探究

（一）创设情境，引入新课（约3分钟）

教师活动：通过多媒体播放一段具有安徽文化特色的“宣酒”或“黄山毛峰”宣传片中精美的微距镜头，紧接着展示合肥“科学岛”（中科院合肥物质科学研究院）上用于激光聚变研究的庞大透镜阵列图片。然后拿出一个透明的水杯，倒入水，将一枚徽章放入水中，引导学生从侧面观察徽章的变化。提问：同样是透明的介质——水（相当于凸透镜），为什么有时能看到放大的像，有时看到的像却是缩小的甚至倒立的？镜头和眼睛为什么能捕捉到远近不同的清晰画面？这背后隐藏着怎样的光学秘密？从而引出课题：探究凸透镜成像的规律【基础】。

设计意图：从学生熟悉的安徽文化产品切入，再上升到本地的尖端科技，最后回归到身边随手可做的实验，层层递进，既激发了民族自豪感和对家乡科技的热爱，又巧妙地制造了认知冲突，将学生的注意力迅速聚焦到核心问题上——像的变化与什么有关。

（二）提出问题，科学猜想（约5分钟）

教师活动：引导学生回顾上节课“生活中的透镜”中照相机、投影仪、放大镜的成像特点，提问：同样是凸透镜，成像情况为什么会千差万别？你们猜想这可能与什么因素有关？

学生活动：思考并大胆猜想。可能提出：与物体到凸透镜的距离（物距）有关；与凸透镜本身有关（如厚薄，即焦距）；与光屏到凸透镜的距离（像距）有关。

教师活动：针对学生的猜想，进行筛选和引导。指出凸透镜的焦距是固有属性，本节课我们先固定焦距，重点研究物距变化对成像的影响。同时，简单演示：固定蜡烛和透镜，移动光屏，发现只有特定位置才能成清晰的像，说明像距是由物距和透镜焦距决定的，而不是决定因素。从而明确本次探究的核心变量：自变量为物距（u），因变量为像的虚实、大小、正倒以及像距（v）【重要】。

设计意图：通过层层递进的引导，帮助学生从混沌的猜想中理清思路，明确研究方向和变量控制思想，为后续严谨的实验设计铺平道路，避免了学生实验的盲目性。

（三）设计实验，明确思路（约7分钟）

教师活动：介绍实验装置，特别是重点介绍“F”形LED光源的优势。与蜡烛相比，它亮度高、成像稳定、不晃动、有明确的方向性，便于比较像与物的左右、上下关系，且能直接测量像的大小，极大提高了实验的精确度和效率。然后抛出关键问题引导学生设计实验步骤：

1.如何使像成在光屏的中央？（调节“F”光源、透镜、光屏三者的中心大致在同一高度。）

2.物距需要改变多少次？选取哪些关键位置？（引导学生回顾焦点概念，提出以焦距f为尺度，将物距分为u>2f、u=2f、f<u<2f、u=f、u<f等几个关键区间进行探究。）

3.如何准确找到像的位置？（移动光屏，直到光屏上出现最清晰的“F”像时停止，此时像距即为该物距下对应的像距。）

4.当光屏上无法得到像时，该如何观察？（提示学生移开光屏，从光屏一侧透过透镜观察，寻找正立放大的虚像。）

学生活动：小组讨论，制定详细实验步骤，并在教师引导下完善实验记录表格，表格应包含：实验次数、物距u/cm、像的性质（正立/倒立、放大/缩小、实像/虚像）、像距v/cm。

设计意图：通过问题串的形式，将复杂的设计任务分解，引导学生主动思考实验的关键细节。特别是对“F”光源的强调和对观察虚像方法的提示，直接针对了传统实验中的痛点，确保了探究过程的顺畅和数据的有效性【重要】。

（四）分组实验，收集数据（约18分钟）

教师活动：巡回指导，关注各小组的操作规范性，如：是否调节了“三心等高”？是否在每次改变物距后，重新微调光屏找到了最清晰的像？记录数据是否及时、准确？针对实验能力较弱的小组，进行个别化辅导；针对实验中出现的新问题（如像的亮度变化），鼓励小组内讨论。同时，提醒学生爱护器材，特别是避免摔坏透镜。

学生活动：按照实验方案，分工合作，有序进行实验。一人操作，一人记录，一人协助观察。分别将“F”光源放在u>2f、u=2f、f<u<2f、u<f等位置（由于u=f不成像，可提醒学生尝试该位置以验证），移动光屏寻找清晰的像，观察并记录像的特点及像距【非常重要】。对于u<f的情况，移开光屏，透过透镜观察虚像。

设计意图：将课堂大部分时间交给学生，让其在“做中学”，充分体验科学探究的乐趣与艰辛。教师作为引导者和协助者，确保探究活动的方向性和有效性，培养小组合作能力和严谨的科学态度。

（五）数据分析，寻找规律（约10分钟）

教师活动：利用实物投影仪展示2-3个小组的实验数据表，组织学生进行全班交流与讨论。引导学生“横向”和“纵向”分析数据。

1.【寻找分界点】提问：观察所有数据，当物距变化时，像的性质在哪个位置发生了根本性的转折？

引导学生发现：当u>f时，成实像；当u<f时，成虚像；当u=f时，不成像。从而归纳出：焦点是成实像和虚像的分界点。【基础】【高频考点】

2.【寻找第二个分界点】提问：在成实像的区域内，像的大小变化有没有转折点？

引导学生观察u>2f时，像是缩小的；u=2f时，像是等大的；f<u<2f时，像是放大的。从而归纳出：二倍焦点是成放大像和缩小像的分界点。【基础】【高频考点】

3.【动态规律】提问：在成实像的区域内，随着物距的减小，像距和像的大小是如何变化的？

引导学生发现：物近像远像变大。【非常重要】【高频考点】

4.【完整归纳】综合所有分析，引导学生用简洁的语言完整表述凸透镜成像的规律。

学生活动：在教师引导下，对比自己小组的数据和其他小组的数据，积极思考，踊跃发言，尝试归纳出完整规律。最终将规律填写在实验报告的结论部分。

设计意图：数据分析是探究的灵魂。教师通过层层递进的追问，引导学生像科学家一样思考，从庞杂的数据中提炼出核心规律，尤其是“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小”这两个关键点的发现，彻底突破了教学难点。整个过程培养了学生基于证据的归纳能力和逻辑推理能力【难点】。

（六）规律应用，迁移拓展（约5分钟）

教师活动：利用多媒体动画演示凸透镜成像的动态过程，巩固规律。并回扣开头，提问：

1.现在谁能解释照相机、投影仪、放大镜的工作原理？（引导学生用“物距”和“焦距”的关系进行解释。）

2.假设我们班要拍毕业照，摄影师发现两边有人没进入镜头，他应该怎么调整（增大物距）？同时为了得到清晰的像，镜头应该如何调整（减小像距，即缩短镜头到底片的距离）？【重要】【高频考点】

学生活动：应用所学规律，分析并回答上述问题。在教师引导下，完成几道典型的中考真题或改编题，如“给出一组物距和像距，判断成像性质”或“给出成像性质，判断物距范围”等，实现“教学评”一体化【基础】。

设计意图：将抽象的物理规律还原到鲜活的生活实例中，让学生感受到物理知识的有用和有趣，真正实现了从“解题”到“解决问题”的转变。通过即时评价，检测学习目标的达成度。

（七）评估交流，反思提升（约2分钟）

教师活动：组织学生反思实验过程。提问：“在实验过程中，你们遇到了哪些困难？是怎么解决的？还有哪些疑问？”

学生活动：小组内交流实验心得。可能提出：“为什么有时移动光屏很大范围像都很清晰？”“为什么用不同焦距的透镜做实验，得出的规律一样吗？”教师可简单回应，鼓励课后继续探究。

设计意图：评估交流是科学探究不可或缺的一环，它培养了学生的批判性思维和自我反思能力，也为后续学习和教师改进教学提供了宝贵依据。

三、板书设计（纲要）

第五章第3节凸透镜成像的规律

一、探究过程

1.猜想：可能与物距（u）有关

2.实验：器材、步骤

3.结论：

二、凸透镜成像规律（f=10cm为例）

物距u像的特点像距v应用

虚实大小正倒

u>2f实像缩小倒立f<v<2f照相机

u=2f实像等大倒立v=2f（测焦距）

f<u<2f实像放大倒立v>2f投影仪/幻灯机

u=f不成像（获得