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摘要：结合学生在自主“探究凸透镜成像规律”实验中遇到的困惑，对该实验器材进行改进与创新，改进后的器材不但可以让学生直接观察到透镜对光的偏折，还能定量测出凸透镜焦距的大小，为学生定性分析成像规律打下基础.成像光源历来颇受教师的争议，通过对比和测试，在课堂实践中逐步进行设计创新，用面光源取代传统的光源，成像的清晰度进一步提高，让学生对“最清晰”的像有了直观的对比和感受，解决了学生的疑惑，也让科学探究过程更加符合学生的实际认知水平.实验教学中学生广泛参与并引发的讨论和质疑，需要引起教师足够的专业分析和深入思考，这也是实验改进的重要契机.
关键词：学生质疑；实验改进创新；科学探究；物理教师；职业敏感
实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径[1].实验也是科学探究的重要方式之一，在实验探究时，学生先观察到生活或课堂展示中的物理现象并引发各种猜想，通过学习小组内的交流与讨论形成统一认识，然后共同设计出可行的实验方案，接着利用身边的实验器材在合作中亲自动手操作，探究他们的猜想.这一探究过程是“时代精神的反映，是以培养创新精神和实践能力为核心的素质教育的必然要求”[2].这就要求物理教师必须开展好实验探究的教学活动，更要深入学生中间体验探究活动的有效性和可操作性，对于现象模糊、探究规律难以发现的实验，要及时的改进或创新，让孩子在科学的实验氛围内逐渐体验探索的乐趣，激发他们热爱科学、勇于探索的精神，这也是通过物理学科教学提升学生核心素养的重要途径.
学生的科学探究过程虽然中心在学生，在于学生的互动和交往，但教师的帮助和引导作用显然不可或缺.教师要根据学校条件向学生提供必要的实验器材，学校的实验器材多统一配定，每届学生可重复使用，器材虽比较简陋，但这并不是影响实验效果的因素.麦克斯韦也曾说：“实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比[3]”物理教师的专业素养和应具备的职业敏感提醒我们：“应时刻关注学生的学习过程，反思他们的参与状态、交流状态、达成状态等，关注所使用的方法、手段及达到的效果，捕捉教学中的灵感[4]”显然，在实际教学过程中，教师对探究活动的帮助，不能仅限于知识、方法层面的引领，更要为学生提供有明显实验效果的器材，让现象背后的规律有迹可寻，避免形成似是而非的印象结论，同时，粗放式的探究过程也容易让学生陷入乏味和无趣的模仿状态，不利于中学生学科素养的形成.
八年级物理《探究凸透镜成像规律》是整个初中光学的重点内容.教材对这部分知识的安排，是从简单的光沿直线传播现象逐渐过渡到较复杂的光折射现象，其中光的折射部分是光学的重点和难点，而对凸透镜成像规律的探究，可以让学生充分认识透镜对光的偏折作用产生的各种“像”，初步认识现代光学设备成像的原理.对接触物理学科时间并不长的学生来说，让其经历“探究凸透镜成像规律”的过程，特别是清晰地看到相应的实验现象并发现成像的特点，能极大的提高他们对物理学科的学习兴趣，拓展他们利用科学的方法认识自然现象的能力.
笔者发现，实际教学时学生的本次探究活动达成情况很不理想，很多学生（驻城学校，生源为划片招生）反映成像规律很难发现，尤其是物距与焦距关系对像的大小、虚实的影响，小组间的争议比较大，通过评估交流形成的实验结论多采用“拿来主义”，即采纳教材辅助资料的内容进行描述.在随堂与学生交流时，学生普遍质疑两个问题：一是实验提供的凸透镜焦距准确吗？二是根本找不到“最清晰”的像，像的轮廓都比较模糊，实验过程感觉很迷茫.这种情况一些一线教师的反映是“实施起来太乱了，不可行”[5].出于物理教育的职业敏感，笔者对学生实验的现场进行了亲身体验，并从中发现了造成这种现象的原因：
一是在探究的过程中，我们提供给学生器材的光源部分，多为蜡烛或普通电光源，由于它们大都体形较大，光源本身的体积对物距产生明显的误差，学生在实验探究过程中对物距和像的关系判断就非常不准确.
二是实际教学中无法直接看到透镜折射的光路，透镜对光的偏折作用在多以配套图片的方式呈现给学生，这就给学生理解成像的特点带来了先期的认知障碍.
面对学生的质疑和困惑，让学生生硬的记住规律内容，虽然对物理知识测试成绩没有影响，但会打击学生今后学习物理的积极性，让他们在知识生搬硬套中失去了探索的趣味.实际上，学生在物理课堂上能反馈出问题，恰恰说明他们在学习活動中迸发出思维的闪光点，这是物理教师应该珍视的重要教学契机.正是基于这样的认识，笔者开始着手对实验进行改进.首先要突破实验器材的两大难关，先解决透镜对光的偏折光路直接显示问题，最好能通过器材的创新在实验过程中测量出透镜的焦距，因为通过焦距的测量能让学生进一步了解透镜对光的作用，也为后面的探究活动打下基础；其次要解决传统光源在实验探究过程中最清晰的像不易判断、物距难以测量的问题.
对于第一个难关的攻克，先后试验了各种能显示光路的环境，包括让激光光速穿过人造烟雾、水雾的空间等，但这些方式只能短时间呈现明显的效果，各种雾汽的产生局限性太大，无法长时间让学生观察到清晰的光路，更不方便大量学生在实验室中自由操作探究，也无法将透镜放置于相应的空间进行焦距的测量.由于不能达到理想的效果，已经做好的模型先后被淘汰了.笔者发现激光照射到白色面板上可以清晰的把光路显示出来.于是又重新调整了思路，让光路的显示不借助那些难以持久的烟、雾来显现，而是让其在类似光屏的白色面板上呈现出来，这样制作简单、方便，也利于学生操作.最终用三支小型激光头和白色的PVC板完成了光路演示仪的制作，通过对凸透镜、凹透镜的光路演示，效果非常清晰持久.由于PVC板可以轻松的切割成各种需要的形状，还在光路通道上设计了缺口，这样就可以把透镜“安放”在仪器中，非常方便准确地测量透镜的焦距.通过课堂展示与使用，学生对该器材所达到的效果非常满意.对于第二个难关的攻克，先把传统光源中的蜡烛淘汰，因为它的稳定性、安全性很差，非常不适合在实验室中使用.那么怎样改进电光源呢？据相关资料，现在普遍认为比较好的是采用LED制作电光源，但它的缺点在实验中也比较明显，因为每个LED都可以看成单个光源，将多个LED焊接在一起时，这多个小光源的成像清晰程度并不一致，成像的颗粒感较强，成像的轮廓也非常模糊.通过分析发现，如果能将光源改成边界明确的面光源，效果会比较理想.尝试了用不同的透光材料来覆盖发光的LED形成面光源，效果均不理想.通过不断地实验和对比不同种材料，最终试验发现用红色的聚光型LED做为发光光源，同时用红色的薄透光板做为覆盖面，这两者搭配起来制作的面光源，光的强度适合形成清晰的像.这是因为红色聚光型的发光二极管在发光时，可以很好地透过红色透光膜，这样可以保证成像的亮度和清晰度.在接下来实验室中进行实际实验检测时也取得了意想不到的良好效果.改进之后的光源，不仅可以让学生看到最清晰的像，由于面光源到透镜的距离非常明确，学生在实验过程中探究像随物距的变化规律时也更轻松、合理、科学. 通过对实验器材的重新设计和创新，邀请物理组的老师们参与到学生的探究实验中，让他们从学生的角度动手操作实验器材并参与到探究活动中，通过诸多老师的亲手检验和现场体会，他们普遍给予了高度的认可与肯定.通过在本校八年级范围内进行教学实践，物理老师也再次深入课堂，观察并教研实验现象、实验结论及学生使用时的感受，这些实地的教研活动，已经达成了几点共识：
首先是通过实验教学反馈，学生对透镜偏折作用的认识普遍有了深刻的提升，在他们脑海中的疑惑得到了解决.学生在学习完光的色散后，虽然能通过彩色光带发现光的偏折现象，但光路到底是怎样传播的并不能形成清晰印象.把制作的光路演示仪提供给学生之后，他们很快就知道这件简单、易操作的器材的使用方法，通过学生将凸透镜、凹透镜放置在光路演示仪上对光的显示，学生对光的偏折作用的认识普遍有了直观而深刻的提升，困扰在他们脑海中的疑问得到了解决.通过教师课上的引领，让各小组测量出本组所用凸透镜的焦距，然后通过汇报展示，学生明确了不同凸透镜焦距的差别，同时由于各小组的透镜参数（焦距）不同，学生在分小组进行实验时具普遍意义，在这之前探究时多采用一种或两种规格的透镜，这显然对实验结论的普适性有较大的弊端.随堂由学生测出焦距后，再进行成像规律的探究时直接采用该数据即可.各小组用自己测量的透镜焦距，也让学生感受到科学探究的严谨性，消除了他们对老师直接提供数据的疑虑.
其次是学生更加尊重实验事实.通过实际的测量发现，大多数实验室所配制的各种规格透镜，他们的焦距数据多不准确，这也是让学生在课堂上用直接测量的焦距进行实验的重要原因.即，要让学生尊重实验数据、尊重实验事实.在探究具体的实验规律时，发现孩子得益于实像有非常高的清晰度，他们在课上对所观察到的现象非常兴奋，课堂的探究氛围非常浓厚，在发现随着物距的变化光屏上清晰的实像也随之改变后，学生很容易寻找到具体的几个关键节点：物距在何范围是放大或缩小的实像，在何处是等大的实像，与之对应的光屏应该移到何处等.当然，由于虚像的呈现不在光屏上，教师仍需要适时的引导学生去分析，这并不影响实验改进后的效果.
重要的是，学生实验探究的兴趣点被激活.凸透镜成像实验的探究，是一个拓展性、趣味性很强的实验，由于实验现象与生活中的很多光学设备相关联，在本实验中要借助改进后的教学设计充分挖掘知识的深层价值.我通过课堂观察发现，孩子在探究中有时看似无意的举动，其实都可以成为激活他们探究热情的兴趣点.由于我们设计的面光源在点亮时造型比较奇特，学生在实验中不经意地要用手摸一摸，碰一碰，这也反映了中学生活泼好动的特点，但这个小动作完全可以借助新设计引发新的知识拓展：如果用手遮住面光源的一部分，剩余的光源在透镜中的成像会怎样变化？这样适时的引导，实验改进的效果就会被进一步放大和充实.因为在新改进后的实验设计中，面光源具备可以被任意遮挡的优势，在用手或纸直接遮挡部分面光源时，要突出拓展几个问题：面光源被挡住部分后你还能在光屏上看到完整
的像吗？前后的观察有无区别？这些问题显然提升了思考的空间和深度，有利于对学生进行有价值的拓展和思维训练.
改进与创新的成果能普及更多的实验课堂.参与课堂检验的老师们普遍认为该实验设计基本上解决了凸透镜成像实验教学的缺陷，在保证学生实验良好的效果基础上，新器材设计也更加环保，成本低廉，有利于大面积推广使用.在山东省第九届优秀实验器材展评活动中，这套实验器材受到各位专家的好评并荣获一等奖，荣誉虽然是对教师付出的有效回报，但对教师来说，不断促进学生的成长与发展，永远是教学、教研工作不变的主题.
当然，作为教学一线的物理老师，在教学中要不断地思考孩子学习的环境，特别是学生的动手操作、创新意识是否能在这样的环境中得到培养和提高.这就要求教师不能仅限于教材或学校实验室提供了怎样的实验条件，更关键的是要把学生的质疑和困惑看成是教学工作的一部分，在工作中不断摸索和改进，把这些改进放在课堂中、学生的體验中进行实践与检验，真正帮助学生解决现实问题，这是每一位物理教师都应该具备的职业素养.
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012：28.
[2]余文森.论自主、合作、探究学习[J].教育研究.2004，（11）：27-30.
[3]吉临荣，周峰.低成本实验资源要开发在“简”字上[J].中学物理.2016，（20）：55-57.
[4]赵锦荣，逯有为.谈新课改下物理教师的专业成长[J].现代教育科学.2008，（4）：118-119.
[5]杨军强.对一节物理实验课的反思[J].学周刊.2012，（31）：62.
关键词：学生质疑；实验改进创新；科学探究；物理教师；职业敏感
实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径[1].实验也是科学探究的重要方式之一，在实验探究时，学生先观察到生活或课堂展示中的物理现象并引发各种猜想，通过学习小组内的交流与讨论形成统一认识，然后共同设计出可行的实验方案，接着利用身边的实验器材在合作中亲自动手操作，探究他们的猜想.这一探究过程是“时代精神的反映，是以培养创新精神和实践能力为核心的素质教育的必然要求”[2].这就要求物理教师必须开展好实验探究的教学活动，更要深入学生中间体验探究活动的有效性和可操作性，对于现象模糊、探究规律难以发现的实验，要及时的改进或创新，让孩子在科学的实验氛围内逐渐体验探索的乐趣，激发他们热爱科学、勇于探索的精神，这也是通过物理学科教学提升学生核心素养的重要途径.
学生的科学探究过程虽然中心在学生，在于学生的互动和交往，但教师的帮助和引导作用显然不可或缺.教师要根据学校条件向学生提供必要的实验器材，学校的实验器材多统一配定，每届学生可重复使用，器材虽比较简陋，但这并不是影响实验效果的因素.麦克斯韦也曾说：“实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比[3]”物理教师的专业素养和应具备的职业敏感提醒我们：“应时刻关注学生的学习过程，反思他们的参与状态、交流状态、达成状态等，关注所使用的方法、手段及达到的效果，捕捉教学中的灵感[4]”显然，在实际教学过程中，教师对探究活动的帮助，不能仅限于知识、方法层面的引领，更要为学生提供有明显实验效果的器材，让现象背后的规律有迹可寻，避免形成似是而非的印象结论，同时，粗放式的探究过程也容易让学生陷入乏味和无趣的模仿状态，不利于中学生学科素养的形成.
八年级物理《探究凸透镜成像规律》是整个初中光学的重点内容.教材对这部分知识的安排，是从简单的光沿直线传播现象逐渐过渡到较复杂的光折射现象，其中光的折射部分是光学的重点和难点，而对凸透镜成像规律的探究，可以让学生充分认识透镜对光的偏折作用产生的各种“像”，初步认识现代光学设备成像的原理.对接触物理学科时间并不长的学生来说，让其经历“探究凸透镜成像规律”的过程，特别是清晰地看到相应的实验现象并发现成像的特点，能极大的提高他们对物理学科的学习兴趣，拓展他们利用科学的方法认识自然现象的能力.
笔者发现，实际教学时学生的本次探究活动达成情况很不理想，很多学生（驻城学校，生源为划片招生）反映成像规律很难发现，尤其是物距与焦距关系对像的大小、虚实的影响，小组间的争议比较大，通过评估交流形成的实验结论多采用“拿来主义”，即采纳教材辅助资料的内容进行描述.在随堂与学生交流时，学生普遍质疑两个问题：一是实验提供的凸透镜焦距准确吗？二是根本找不到“最清晰”的像，像的轮廓都比较模糊，实验过程感觉很迷茫.这种情况一些一线教师的反映是“实施起来太乱了，不可行”[5].出于物理教育的职业敏感，笔者对学生实验的现场进行了亲身体验，并从中发现了造成这种现象的原因：
一是在探究的过程中，我们提供给学生器材的光源部分，多为蜡烛或普通电光源，由于它们大都体形较大，光源本身的体积对物距产生明显的误差，学生在实验探究过程中对物距和像的关系判断就非常不准确.
二是实际教学中无法直接看到透镜折射的光路，透镜对光的偏折作用在多以配套图片的方式呈现给学生，这就给学生理解成像的特点带来了先期的认知障碍.
面对学生的质疑和困惑，让学生生硬的记住规律内容，虽然对物理知识测试成绩没有影响，但会打击学生今后学习物理的积极性，让他们在知识生搬硬套中失去了探索的趣味.实际上，学生在物理课堂上能反馈出问题，恰恰说明他们在学习活動中迸发出思维的闪光点，这是物理教师应该珍视的重要教学契机.正是基于这样的认识，笔者开始着手对实验进行改进.首先要突破实验器材的两大难关，先解决透镜对光的偏折光路直接显示问题，最好能通过器材的创新在实验过程中测量出透镜的焦距，因为通过焦距的测量能让学生进一步了解透镜对光的作用，也为后面的探究活动打下基础；其次要解决传统光源在实验探究过程中最清晰的像不易判断、物距难以测量的问题.
对于第一个难关的攻克，先后试验了各种能显示光路的环境，包括让激光光速穿过人造烟雾、水雾的空间等，但这些方式只能短时间呈现明显的效果，各种雾汽的产生局限性太大，无法长时间让学生观察到清晰的光路，更不方便大量学生在实验室中自由操作探究，也无法将透镜放置于相应的空间进行焦距的测量.由于不能达到理想的效果，已经做好的模型先后被淘汰了.笔者发现激光照射到白色面板上可以清晰的把光路显示出来.于是又重新调整了思路，让光路的显示不借助那些难以持久的烟、雾来显现，而是让其在类似光屏的白色面板上呈现出来，这样制作简单、方便，也利于学生操作.最终用三支小型激光头和白色的PVC板完成了光路演示仪的制作，通过对凸透镜、凹透镜的光路演示，效果非常清晰持久.由于PVC板可以轻松的切割成各种需要的形状，还在光路通道上设计了缺口，这样就可以把透镜“安放”在仪器中，非常方便准确地测量透镜的焦距.通过课堂展示与使用，学生对该器材所达到的效果非常满意.对于第二个难关的攻克，先把传统光源中的蜡烛淘汰，因为它的稳定性、安全性很差，非常不适合在实验室中使用.那么怎样改进电光源呢？据相关资料，现在普遍认为比较好的是采用LED制作电光源，但它的缺点在实验中也比较明显，因为每个LED都可以看成单个光源，将多个LED焊接在一起时，这多个小光源的成像清晰程度并不一致，成像的颗粒感较强，成像的轮廓也非常模糊.通过分析发现，如果能将光源改成边界明确的面光源，效果会比较理想.尝试了用不同的透光材料来覆盖发光的LED形成面光源，效果均不理想.通过不断地实验和对比不同种材料，最终试验发现用红色的聚光型LED做为发光光源，同时用红色的薄透光板做为覆盖面，这两者搭配起来制作的面光源，光的强度适合形成清晰的像.这是因为红色聚光型的发光二极管在发光时，可以很好地透过红色透光膜，这样可以保证成像的亮度和清晰度.在接下来实验室中进行实际实验检测时也取得了意想不到的良好效果.改进之后的光源，不仅可以让学生看到最清晰的像，由于面光源到透镜的距离非常明确，学生在实验过程中探究像随物距的变化规律时也更轻松、合理、科学. 通过对实验器材的重新设计和创新，邀请物理组的老师们参与到学生的探究实验中，让他们从学生的角度动手操作实验器材并参与到探究活动中，通过诸多老师的亲手检验和现场体会，他们普遍给予了高度的认可与肯定.通过在本校八年级范围内进行教学实践，物理老师也再次深入课堂，观察并教研实验现象、实验结论及学生使用时的感受，这些实地的教研活动，已经达成了几点共识：
首先是通过实验教学反馈，学生对透镜偏折作用的认识普遍有了深刻的提升，在他们脑海中的疑惑得到了解决.学生在学习完光的色散后，虽然能通过彩色光带发现光的偏折现象，但光路到底是怎样传播的并不能形成清晰印象.把制作的光路演示仪提供给学生之后，他们很快就知道这件简单、易操作的器材的使用方法，通过学生将凸透镜、凹透镜放置在光路演示仪上对光的显示，学生对光的偏折作用的认识普遍有了直观而深刻的提升，困扰在他们脑海中的疑问得到了解决.通过教师课上的引领，让各小组测量出本组所用凸透镜的焦距，然后通过汇报展示，学生明确了不同凸透镜焦距的差别，同时由于各小组的透镜参数（焦距）不同，学生在分小组进行实验时具普遍意义，在这之前探究时多采用一种或两种规格的透镜，这显然对实验结论的普适性有较大的弊端.随堂由学生测出焦距后，再进行成像规律的探究时直接采用该数据即可.各小组用自己测量的透镜焦距，也让学生感受到科学探究的严谨性，消除了他们对老师直接提供数据的疑虑.
其次是学生更加尊重实验事实.通过实际的测量发现，大多数实验室所配制的各种规格透镜，他们的焦距数据多不准确，这也是让学生在课堂上用直接测量的焦距进行实验的重要原因.即，要让学生尊重实验数据、尊重实验事实.在探究具体的实验规律时，发现孩子得益于实像有非常高的清晰度，他们在课上对所观察到的现象非常兴奋，课堂的探究氛围非常浓厚，在发现随着物距的变化光屏上清晰的实像也随之改变后，学生很容易寻找到具体的几个关键节点：物距在何范围是放大或缩小的实像，在何处是等大的实像，与之对应的光屏应该移到何处等.当然，由于虚像的呈现不在光屏上，教师仍需要适时的引导学生去分析，这并不影响实验改进后的效果.
重要的是，学生实验探究的兴趣点被激活.凸透镜成像实验的探究，是一个拓展性、趣味性很强的实验，由于实验现象与生活中的很多光学设备相关联，在本实验中要借助改进后的教学设计充分挖掘知识的深层价值.我通过课堂观察发现，孩子在探究中有时看似无意的举动，其实都可以成为激活他们探究热情的兴趣点.由于我们设计的面光源在点亮时造型比较奇特，学生在实验中不经意地要用手摸一摸，碰一碰，这也反映了中学生活泼好动的特点，但这个小动作完全可以借助新设计引发新的知识拓展：如果用手遮住面光源的一部分，剩余的光源在透镜中的成像会怎样变化？这样适时的引导，实验改进的效果就会被进一步放大和充实.因为在新改进后的实验设计中，面光源具备可以被任意遮挡的优势，在用手或纸直接遮挡部分面光源时，要突出拓展几个问题：面光源被挡住部分后你还能在光屏上看到完整
的像吗？前后的观察有无区别？这些问题显然提升了思考的空间和深度，有利于对学生进行有价值的拓展和思维训练.
改进与创新的成果能普及更多的实验课堂.参与课堂检验的老师们普遍认为该实验设计基本上解决了凸透镜成像实验教学的缺陷，在保证学生实验良好的效果基础上，新器材设计也更加环保，成本低廉，有利于大面积推广使用.在山东省第九届优秀实验器材展评活动中，这套实验器材受到各位专家的好评并荣获一等奖，荣誉虽然是对教师付出的有效回报，但对教师来说，不断促进学生的成长与发展，永远是教学、教研工作不变的主题.
当然，作为教学一线的物理老师，在教学中要不断地思考孩子学习的环境，特别是学生的动手操作、创新意识是否能在这样的环境中得到培养和提高.这就要求教师不能仅限于教材或学校实验室提供了怎样的实验条件，更关键的是要把学生的质疑和困惑看成是教学工作的一部分，在工作中不断摸索和改进，把这些改进放在课堂中、学生的體验中进行实践与检验，真正帮助学生解决现实问题，这是每一位物理教师都应该具备的职业素养.
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012：28.
[2]余文森.论自主、合作、探究学习[J].教育研究.2004，（11）：27-30.
[3]吉临荣，周峰.低成本实验资源要开发在“简”字上[J].中学物理.2016，（20）：55-57.
[4]赵锦荣，逯有为.谈新课改下物理教师的专业成长[J].现代教育科学.2008，（4）：118-119.
[5]杨军强.对一节物理实验课的反思[J].学周刊.2012，（31）：62.