强化学习体验培养科学思维以《照相机与眼球视力的矫正》教学设计为例
强化学习体验培养科学思维以《照相机与眼球视力的矫正》 教学设计为例 摘要：教师应该根据课标要求、教材内容以及学生实际 对物理规律应用课进行设计，强化学生的学习体验，培养学 生的科学思维。《照相机与眼球 视力的矫正》一课，可以 让学生自制简易照相机，体验凸透镜成像规律的直接应用；利用水透镜进行模拟实验，体验凸透镜成像规律的变式应 用；
改进“模拟探究近视眼的缺陷”的方案，培养学生的科 学思维。
物理规律应用课是提升学生科学应用能力的一种课型。
如何上好这类课值得我们研究。下面以苏科版初中物理八年 级上册《照相机与眼球 视力的矫正》一课为例，谈谈如何 进行教学设计，强化学生的学习体验，培养学生的科学思维。
一、研究课标和教材，理清逻辑关系 （一）课程标准的要求和样例 《义务教育物理课程标准（2011年版）》对本课内容的 要求是了解凸透镜成像规律的应用。具体的样例有两个：一 是了解凸透镜成像规律在放大镜、照相机、投影仪中的应用。
二是了解人眼成像的原理，了解近视眼和远视眼的成因与矫 正方法。
（二）教材内容的逻辑关系 教材这一节的内容包括“照相机”“眼球”“视力的缺 陷与矫正”三部分。这三部分内容实质上是凸透镜成像规律在三种情境下的应用，具有逐层递进的逻辑关系。“照相机” 是与凸透镜成像规律相同情境下的直接应用，属于规律的直 接迁移。“眼球”是改变凸透镜焦距时成像规律的应用，属 于规律的变式迁移。“视力的缺陷与矫正”是改变凸透镜焦 距受限时成像规律的应用，属于规律的拓展迁移。
二、强化学习体验，培养科学思维 （一）自制学具，体验直接应用 “照相机”是“当u>2f时，物体通过凸透镜成倒立、缩 小的实像”的具体应用，是一个从模型到实物的直接迁移。
为使学生能够掌握其中的原理，体现从生活到物理的教学理 念，教学中可以让学生自制简易照相机，体验照相机的使用 过程，使学生加深对照相机原理的理解，培养学生的动手意 识和应用意识。具体设计如下：
1.让学生用焦距为10 cm的凸透镜制成三个简易照相机， 照相机的暗箱长度可调节，范围分别为5~10 cm、10~20 cm、 20~30 cm。
2.让学生在座位上动手调节照相机暗箱的长度，观察讲 台前的发光物体“F”。
3.让使用不同照相机的学生交流观察到的情况：只有使 用暗箱长度范围为10~20 cm的照相机的学生能够观察到发光 物体“F”的倒立、缩小的实像，而其他学生无法通过调节 暗箱的长度观察到清晰的像。
这段过程也为后面的“近视眼和远视眼的成因”学习作出了铺垫，埋下了伏笔。
（二）模拟实验，体验变式应用 教学“眼球成像原理”时，在学生了解了眼球的结构后， 可以设计如下层层递进的问题引导学生思考：
1.当u>2f时，物体通过凸透镜成清晰的倒立、缩小的实 像后，若增大物距，像距将如何变化？ 2.人眼看清近处物体的像后，再看远处的物体过程中， 情况又是怎样的？ 3.人眼能移动视网膜使像清晰地呈现在视网膜上吗？ 4.人眼又是如何成清晰像的呢？ 学生通过教师层层递进的启发引导，会得出“人眼是通 过调节晶状体的曲度使清晰的像呈现在视网膜上”的猜想。
这时，可以利用水透镜进行模拟实验，来验证猜想，让 学生体验规律的变式应用。具体设计如下：
1.在光具座上固定好蜡烛、水透镜，要求两者之间的距 离大于2倍焦距；
前后移动光屏，使光屏上呈现清晰的像。
2.将蜡烛适当远离水透镜，而光屏位置不变，通过从水 透镜中向外抽水（改变曲率），重新在光屏上呈现清晰的像。
让学生通过直观体验来理解规律的变式应用是规律应 用课的常用方法，也是最有效的方法。这样的设计不仅让学 生理解了眼球成像的原理，而且对学生进行了科学方法的教 育。
（三）改进方案，培养科学思维教材中对“模拟探究近视眼的缺陷”是这样设计的：
1.如图1所示，给眼睛（凸透镜）戴上近视眼镜，使视 网膜（光屏）上成的像清晰。
2.移去近视眼镜，使视网膜（光屏）上成的像模糊。
3.向前移动视网膜（光屏），再使视网膜（光屏）上成 的像清晰。
这样的探究顺序弱化了实验主题，逻辑不够清晰，推理 不够顺畅，需要学生进行逆向思维，增加了学生学习的难度。
在教学时，可以根据学生的认知特点改进探究方案。具 体设计如下：
1.如图2所示，使蜡烛的像清晰地呈现在视网膜（光屏） 上。
2.将蜡烛适当远离眼睛（凸透镜），发现视网膜（光屏） 上成的像变得模糊了。这就是近视眼看远处物体的景象。
3.取一张白纸放在光屏的前面，向前移动白纸，发现白 纸上呈现了蜡烛清晰的像。这说明近视眼看远处物体时像成 在视网膜的前面，也就是近视眼成像的特点。（注意是加一 张白纸并移动寻找近视眼的成像，而不是移动光屏，这是因 为移动光屏就意味着移动视网膜，这样容易干扰学生思路， 造成思维上的混乱。） 4.给眼睛（凸透镜）戴上近视眼镜，发现烛焰又在视网 膜（光屏）上呈现清晰的像。这就是近视眼的矫正方法。
这样的探究过程直接指向实验的最终目的，符合学生的认知特点，使推理的过程更加顺畅，逻辑的层次更加清晰， 因而便于学生掌握探究方法，更易于培养学生的科学思维。
（四）释疑解惑，强化科学应用 学完“视力的缺陷与矫正”这部分内容后，可以呼应学 习“照相机”这部分内容时使用暗箱长度范围为5~10 cm、 20~30 cm的照相机无法找到“F”的像的问题，请学生分析 像的位置在 什么地方，分别相当于照相机有什么视力缺陷；
并请学 生讨论如何通过实验的方法来矫正，使像成在胶片上；
再请 学生动手分别给照相机戴上不同的眼镜，使像清晰地成在胶 片上。
这样的教学设计既巩固了知识的理解，又突出了知识的 应用，从而提高了学生运用所学的科学知识解决生活中的实 际问题的能力。
概而言之，教师应该根据课标要求、教材内容和学生实 际对物理规律应用课进行设计，使学生在经历科学知识形成 过程的同时，掌握研究物理问题的基本思想和方法，提升应 用所学知识、方法解决实际问题的意识和能力，并且保持科 学研究的热情，养成实事求是的态度。