《变焦透镜的制作》综合实践活动案例

——蓬莱市大柳行中学 **

一、课题的产生

八年级物理教材中有“凸透镜成像”一节教学内容，主要讲物体发出的光线经凸透镜折射后会形成放大或缩小的像，透镜的曲度不同，成像的位置和大小也不同。凸透镜的功能与人眼球的功能相似，人眼球的成像就是将物体的光线折射后形成缩小的像，落在视网膜上，通过感光细胞和传导神经传入视觉中枢，人就看到了物体。

物体离眼球的远近不同时，眼球通过睫状肌调解眼球的曲度，使物体的光线都能在视网膜上形成清晰地图像。学生在七年级生物课上学过眼球的构造和功能，但只是局限于了解和死记硬背。到八年级学习了凸透镜成像原理后，对眼球的成像原理有了更进一步的了解，但学生对物体在移动过程中眼球是如何通过改变自身的曲度和调解成像的，学生是不理解的。所以师生在学完“凸透镜成像”后提出：能否制作一个可以自由改变曲度的凸透镜呢？于是学生自发组成了一个20人的兴趣小组，在教师的带领下进行研制。

二、目的和意义

变焦透镜的制作可以更好地培养学生的观察力，丰富他们的想象力，增强学生的动手能力，锻炼他们分析问题和解决问题的能力，培养学生学科知识综合运用能力，也为学生的知识应用和个人才能的展示与发展提供了自由活动的空间。

本课题的探索可以进一步发扬学生动手参与、制作应用的科学热情，使学生能更充分地发挥潜能、磨练意志、培养能力、热爱科学。

三、课题研究的可行性分析

（一）本课题源于学生的生活，所以学生有强烈的好奇心。

1、人的眼球如何调节才能使远近物体都能形成清晰地像？

2、几十年来生物、物理教材上都提到眼球和透镜的变焦，为什么到现在也没有人制造一个可变焦的透镜呢？

（二）学校物理教师有较强的业务能力，积累了丰富的物理和生物知识，以及实验教具的创新与改进经验，同时具有良好的敬业精神和较强的责任感，这些使得课题的研究如鱼得水。

四、活动过程

1、理论学习

变焦透镜的制作涉及物理和生物知识，特别是光学知识。学生多数时间看到的是现象而不是过程，而眼球的工作原理也只是局限在课本上和模型上。为了提高学生的理论水平，教师带领活动小组的成员上网查找了大量理论知识，并动手制作了许多有关光折射的实验。

2、设计图纸，论证方案的可行性

学生在原有的生物和物理知识的基础上，设计变焦透镜的模型图纸，并进行论证。

由于光线必须是经过不同密度的透明介质时才能发生折射，所以水和空气作为首选的两种介质，有弹性的橡胶膜用来做透镜，所以选用了半透明的气球，透镜的框架选用100mm的pvc管，用针管抽水和注水来改变橡胶膜的弧度，目的是改变透镜曲度时效果直观、明显。

3、第一次制作、演示

20名学生分两组，经过半个多月的时间准备和试制，第一件半成型的作品终于问世。实验时发现注水后透镜的弧度不均匀，水的重力导致透镜下半部分曲度明显大于上半部分，第一次制作宣告失败。

分析原因：1、透镜框架太大；2、水密度较大；3、用气球做膜，弹性和韧性不够好。

学生改进建议：

（1）透镜中不注入水而注入空气，将透镜放入水槽中。

（2）改用50mm的pvc管做透镜框架，透镜中改注入密度小的酒精或汽油。

经过师生的共同分析和讨论，改进方案（1）被否定，理由是装置太笨重，使用不方便，决定采纳改进方案（2）。

4、第二次制作、实验

同学们经过一个多星期的努力，制作了更为简洁的变焦透镜，实验效果也比较理想，但是第二天出现意外情况：透镜橡皮膜由于受酒精和汽油的腐蚀，透明度明显下降，特别是注入汽油的橡皮膜更是一碰就破。而且实验过程中发现向透镜中注入液体时的针管与pvc管是直接相连的，操作时用力不当，针管便会脱落。

师生提出许多改进方案，经过讨论后都被一一否定，最后决定拿出一个月时间上网查资料，找化工厂技术人员咨询，重新设计图纸。

4、第三次制作、实验

经过一个多月的咨询和上网查询，最后确定出更为合理的方案，而且制作出的变焦透镜实验效果特别明显。

五、活动成果

2011年10月山东省物理实验教具创新大赛中获二等奖。

2012年4月山东省学生作品比赛获一等奖。

2013年获蓬莱市综合实践作品比赛一等奖。

六、考核评价：

在活动实施过程中，我们建立了一整套严格的考核制度和评价体系，主要包括：

1．对学生参与积极性的评价：教师给予了口头上的鼓励，提高了学生的参与热情。

2．记录的评价：要求学生做好制作记录、改进记录、维修记录等。针对学生记录的科学性和实效性进行评价。

3．制作评价：，有针对性指出其优缺点，给予量化等级。

4．实验效果评价：在实验过程中，通过变焦效果，让学生感受透镜制作的最终目的是为了模拟眼球的变焦功能，了解眼睛看物体的成像过程。

5．总体评价：针对学生的探究性表现，评出本学期的制作小标兵。同时在全校展览学生制作的优秀作品，把科技种子播撒到每一位学生的心中。

本课题取得的阶段性成果，为我校的科技活动注入一股新生力量，受到学生、家长、社会的极大关注，这充分表明人们对科技制作活动的认识。本课题的研究，不仅为学生提供了展示自我的空间，培养了学生动手动脑能力，也向家长展示了学校探索科技教育的平台。今后我们将进一步扩大科技制作的规模和影响，为新课改的深入实施和素质教育的全面发展做出我们应有的贡献。

反思：本课题取得了令人满意的结果，但这并不是活动的最终目的，在活动的实施过程中，仍有许多不尽人意之处，总结出来与大家共勉。

1、本次活动的喜人成绩，只是少数学生的成绩，不能代表全体学生的水平，今后要引导全体学生共同参与，不能限制某一方面的差生参与活动。

2、在活动中，正确处理学生的主动实践与教师有效指导的关系，教师既不能‘教’综合活动，也不能推卸指导的责任，放任学生，而应把自己的有效指导与鼓励学生主动实践结合起来。

3、评价要采取多元化，可采取师评、生评、家长评、自评等多种方式，评价不过分强调结果，而将关注的视觉指向学生获得结果和体验的过程，注重学生在活动中的表现。