在中學(xué)物理光學(xué)知識體系中，“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力、建立物理規(guī)律認(rèn)知的核心實踐活動。該實驗通過直觀的現(xiàn)象觀察與定量分析，幫助學(xué)生理解光學(xué)成像的本質(zhì)，為后續(xù)學(xué)習(xí)光學(xué)儀器原理（如照相機、投影儀）奠定基礎(chǔ)。以下結(jié)合教學(xué)實踐，呈現(xiàn)該實驗的完整教學(xué)設(shè)計。一、教學(xué)目標(biāo)定位（一）知識與技能維度學(xué)生能通過實驗操作，歸納凸透鏡成像的規(guī)律（物距與像距、像的虛實/大小/正倒的關(guān)系）；能運用規(guī)律解釋放大鏡、照相機等光學(xué)器材的工作原理。（二）過程與方法維度經(jīng)歷“提出問題—猜想假設(shè)—設(shè)計實驗—進(jìn)行實驗—分析論證—評估交流”的科學(xué)探究過程，提升實驗操作、數(shù)據(jù)處理與邏輯推理能力；學(xué)習(xí)控制變量法、圖像法等科學(xué)研究方法。（三）情感態(tài)度與價值觀維度在小組合作中培養(yǎng)團隊協(xié)作意識，在實驗成功中獲得成就感，激發(fā)對光學(xué)現(xiàn)象的探究興趣；體會物理規(guī)律與生活實際的聯(lián)系，增強學(xué)以致用的意識。二、教學(xué)重難點剖析（一）教學(xué)重點1.規(guī)范完成凸透鏡成像的實驗操作（調(diào)整“三心等高”、合理改變物距并記錄現(xiàn)象）；2.基于實驗數(shù)據(jù)歸納凸透鏡成像的規(guī)律。（二）教學(xué)難點1.實驗數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)記錄與科學(xué)分析（如物距、像距的取值范圍與成像特點的對應(yīng)關(guān)系）；2.運用成像規(guī)律解釋復(fù)雜場景（如蠟燭燃燒變短后像的移動方向、光屏無像時的原因分析）。三、教學(xué)準(zhǔn)備規(guī)劃（一）實驗器材每組配備：焦距約10cm的凸透鏡1個、蠟燭（含支架）1支、光屏1個、光具座（帶刻度）1套、火柴（或電子點火器）1個；教師備用器材：不同焦距的凸透鏡、帶網(wǎng)格的光屏、光具座配件。（二）課前準(zhǔn)備1.學(xué)生預(yù)習(xí)：閱讀教材“凸透鏡成像規(guī)律”相關(guān)內(nèi)容，繪制實驗裝置示意圖，思考“物距變化時，像會如何變化？”；2.分組安排：4人一組，明確“操作員”“記錄員”“匯報員”“安全員”角色，課前熟悉分工。四、教學(xué)過程實施（一）情境導(dǎo)入：從生活現(xiàn)象到科學(xué)問題課堂伊始，展示三組生活場景：①用放大鏡觀察郵票（成放大正立的像）；②手機拍攝校園風(fēng)景（成縮小倒立的像）；③投影儀投射課件（成放大倒立的像）。提問：“同樣是凸透鏡，為何成像的大小、正倒、虛實不同？成像情況可能與什么因素有關(guān)？”引導(dǎo)學(xué)生猜想（如物距、焦距、透鏡厚度等），聚焦核心問題：凸透鏡成像的規(guī)律與物距（物體到透鏡的距離）有何關(guān)系？（二）新課探究：實驗操作與規(guī)律建構(gòu)1.概念回顧與實驗設(shè)計復(fù)習(xí)“凸透鏡”“焦點”“焦距”“物距（u）”“像距（v）”等概念，明確實驗核心變量：控制凸透鏡焦距f不變，改變物距u，觀察像的性質(zhì)（虛實、大小、正倒）與像距v的變化。教師示范實驗裝置調(diào)試：將蠟燭、凸透鏡、光屏依次安裝在光具座上，調(diào)整三者中心在同一高度（使像成在光屏中央）。強調(diào)操作要點：點燃蠟燭后，先將凸透鏡固定在光具座中間某位置，再移動蠟燭（或光屏）改變物距。2.分組實驗與數(shù)據(jù)記錄學(xué)生分組實驗，按以下步驟操作：步驟1：確定焦距：用平行光源（或太陽光）粗測凸透鏡焦距f（約10cm），記錄f值；步驟2：改變物距，觀察成像：當(dāng)u>2f時（如u=30cm），移動光屏找到清晰的像，記錄像的性質(zhì)（倒/正、縮/放、虛/實）與像距v；當(dāng)f<u<2f時（如u=15cm），重復(fù)上述操作；當(dāng)u<f時（如u=5cm），移開光屏，用眼睛透過透鏡觀察像的性質(zhì)；補充探究：當(dāng)u=2f、u=f時的成像情況（拓展思考）。實驗中，教師巡視指導(dǎo)，針對典型問題（如“像不清晰”時調(diào)整光屏位置、“三心不等高”導(dǎo)致像偏上/偏下）進(jìn)行點撥，提醒記錄員用表格整理數(shù)據(jù)（示例如下）：物距u（cm）像距v（cm）像的性質(zhì)（倒/正、縮/放、虛/實）------------------------------------------------------------>2ff<u<2f<f—（無實像）正立、放大、虛像3.數(shù)據(jù)分析與規(guī)律總結(jié)小組匯報實驗數(shù)據(jù)后，教師引導(dǎo)全班分析：對比“u>2f”與“f<u<2f”的兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)“物距減小，像距增大，像變大”的趨勢；結(jié)合像的性質(zhì)，歸納核心規(guī)律：當(dāng)u>2f時，成倒立、縮小、實像，像距f<v<2f（照相機原理）；當(dāng)f<u<2f時，成倒立、放大、實像，像距v>2f（投影儀原理）；當(dāng)u<f時，成正立、放大、虛像（放大鏡原理）；特殊點：u=2f時成等大實像，u=f時無像（光線平行射出）。用圖像法輔助理解：以“物距u”為橫軸、“像距v”為縱軸，繪制u-v關(guān)系圖（類似雙曲線），強化規(guī)律的直觀性。（三）規(guī)律應(yīng)用：從實驗室到生活場景設(shè)置三個應(yīng)用任務(wù)，讓學(xué)生用規(guī)律解釋：1.器材原理：分析照相機（u>2f）、投影儀（f<u<2f）、放大鏡（u<f）的成像依據(jù)；2.動態(tài)分析：“蠟燭燃燒變短，光屏上的像會如何移動？”（像上移，可通過調(diào)整光屏或透鏡解決）；3.故障排查：“光屏上無像，可能的原因有哪些？”（u<f成虛像、u=f無像、三心不等高、像距超出光具座量程等）。（四）課堂小結(jié)：知識與方法的雙重回顧請學(xué)生用“思維導(dǎo)圖”形式總結(jié)本節(jié)課：從“實驗探究的步驟”到“凸透鏡成像的規(guī)律”，再到“規(guī)律的應(yīng)用場景”。教師補充強調(diào)“控制變量法”“科學(xué)推理”在物理研究中的重要性。（五）課后延伸：實踐與創(chuàng)新1.家庭實驗：用凸透鏡觀察窗外的樹（u>2f）、書本上的字（u<f），記錄成像特點；2.創(chuàng)新任務(wù)：設(shè)計“簡易照相機”（用凸透鏡、紙盒、半透明膜制作），探究像的清晰度與物距、透鏡焦距的關(guān)系。五、教學(xué)反思與改進(jìn)（一）實驗優(yōu)化方向1.器材精度：部分光具座刻度模糊，可提前用標(biāo)簽紙標(biāo)注關(guān)鍵刻度（如f、2f位置）；2.操作難點：“三心等高”調(diào)整耗時，可改用帶卡槽的光具座配件，或用激光筆輔助定位；3.數(shù)據(jù)處理：學(xué)生易忽略“u=f”“u=2f”的特殊情況，可設(shè)計“探究任務(wù)單”，明確需測量的物距區(qū)間。（二）差異化教學(xué)策略對操作能力較弱的小組，提供“實驗步驟卡”（圖文結(jié)合）；對能力較強的小組，拓展探究“不同焦距的凸透鏡成像規(guī)律差