5.5 跨学科实践：制作望远镜 教学设计 2025-2026学年人教版物理八年级上学期

课时主题

动手实践，探索光学奥秘——自制简易望远镜

课程

新授课

课时

1课时（共1课时）

本课时教学内容分析

本节课是人教版八年级物理上册第五章“透镜及其应用”的跨学科实践课，主题为《制作望远镜》。本课以学生已掌握的凸透镜成像规律为基础，引导学生将理论知识应用于实际问题解决中，通过设计、选材、制作和调试一个简易望远镜，实现从知识学习到动手实践的跨越。
教学内容围绕望远镜的基本原理展开，重点讲解由两组凸透镜构成的开普勒式望远镜的工作机制：物镜将远处物体成倒立缩小的实像于其焦点附近，目镜则对该实像进行二次放大，形成放大的虚像供人眼观察。在此基础上，学生需完成望远镜的结构设计，包括选择合适焦距和直径的凸透镜作为物镜与目镜，并设计可调节长度的双层嵌套镜筒，以便对不同距离的物体进行清晰成像。
本课融合了物理、工程、技术与数学等多学科知识，体现了“做中学”的教育理念。通过项目式学习方式，学生在真实情境中经历科学探究全过程，不仅巩固了透镜成像的知识，还提升了动手能力、创新思维和团队协作意识，充分体现了物理学科核心素养的综合培养目标。

学情分析

八年级学生已经系统学习了光的直线传播、反射、折射以及凸透镜成像规律等基础知识，具备一定的实验操作能力和逻辑推理能力。他们对天文现象充满好奇，对望远镜这类能够“看得更远”的仪器有着浓厚兴趣，这为本节课的学习提供了良好的情感基础。
然而，学生的抽象思维仍处于发展阶段，对于“实像作为目镜的物”这一中间成像过程的理解可能存在困难，容易混淆物镜与目镜的作用。此外，大多数学生缺乏工程设计经验，在材料选择、结构搭建和误差调试方面可能遇到挑战，如镜片固定不牢、镜筒缝隙过大导致杂光干扰、调节不灵敏等问题。
同时，初中生具有较强的动手欲望和表现欲，喜欢参与实践活动。因此，采用任务驱动、小组合作的方式能有效激发其学习积极性。教师应注重引导学生在实践中发现问题、分析原因并尝试改进，鼓励他们在失败中总结经验，逐步提升解决问题的能力和科学探究精神。

学习目标

物理观念：
1. 能准确描述由两组凸透镜组成的望远镜的基本结构，理解物镜和目镜在成像过程中的作用及其成像特点；
2. 掌握望远镜放大倍率与物镜、目镜焦距之间的关系，能根据需求合理选择镜片参数。

科学思维：
1. 能运用凸透镜成像规律分析望远镜的工作原理，构建“物镜成实像—目镜放虚像”的两级成像模型；
2. 在设计与调试过程中，能基于观察结果进行因果推理，提出优化方案，发展系统性与批判性思维。

探究实践：
1. 能独立或合作完成望远镜的设计、选材、制作与调试全过程，具备基本的工具使用和手工制作能力；
2. 能记录实验现象，对比不同设计方案的效果，形成初步的技术评价意识。

态度责任：
1. 在小组合作中主动承担任务，尊重他人意见，体验团队协作的价值；
2. 感受科技发明对人类认识宇宙的重要意义，增强民族自豪感与科学探索热情。

学习重难点

教学重点：
1. 理解望远镜由物镜和目镜两组凸透镜组成，掌握其成像原理及各级成像特点；
2. 能根据放大倍率要求选择合适的物镜和目镜，并设计可调式双层镜筒结构。

教学难点：
1. 理解“物镜所成的实像位于目镜的一倍焦距以内”这一关键条件，建立完整的两级成像思维模型；
2. 在实际制作中解决镜片固定、镜筒密封性差、成像模糊等问题，具备故障排查与调试能力。

教学策略

采用“项目式学习+情境探究+合作实践”相结合的教学策略。以“如何自制一台能看清校园旗杆顶部文字的望远镜”为真实任务驱动，创设问题情境；通过演示实验与动画模拟突破原理难点；组织小组合作开展设计与制作活动；设置展示交流环节促进反思与评价，实现知识建构、能力发展与情感升华的统一。

教学资源准备

教师准备：多媒体课件、实物投影仪、成品简易望远镜模型、不同焦距的凸透镜若干、哈勃望远镜与“中国天眼”图片视频资料。
学生分组准备：老花镜片或放大镜片（若干）、直尺、硬纸板或瓦楞纸、剪刀、胶水、黑色颜料或黑纸、记号笔、羽毛球筒或其他圆柱形管材。

教学环节

教学活动

设计意图

一、情境导入
激发兴趣

一、创设情境，引发探究动机

（1）播放视频，引出课题
教师播放一段高清航拍视频：“现在我们正从高空俯瞰整个校园，看！那是我们的教学楼、操场、升旗台……国旗正在飘扬。”随后画面突然拉近，清晰地显示出旗杆顶部铭牌上的字迹：“奋进号”。接着视频戛然而止，教师提问：“同学们，你们想不想也拥有这样一双‘千里眼’，不用爬高就能看清远处的细节？”
学生纷纷点头表示感兴趣。教师顺势展示教材图5-5-1中的自制望远镜图片，

并介绍：“其实，科学家们正是利用巨大的天文望远镜来观测遥远星系的。而今天，我们就来当一回小小工程师，亲手制作一台属于自己的望远镜！”
（2）提出核心任务
教师明确本节课的任务：“我们的目标是制作一台简易望远镜，能够清晰观察到学校旗杆顶端的文字或图案。这不仅是一次手工活动，更是一次科学探索之旅。我们要用物理学的知识去设计它、建造它、调试它，最终验证它的效果。”
 

利用贴近生活的校园场景创设真实问题情境，迅速吸引学生注意力，激发动手欲望；通过设定具体可观测目标，增强任务的可操作性和成就感预期。

此时，教师再次强调：“望远镜不是魔法道具，它的背后是严谨的光学原理。接下来，我们就一起揭开它的秘密。”

二、原理探究
建构模型

二、解析原理，构建成像模型

（1）回顾旧知，铺垫新知
教师提问：“我们在前面学过凸透镜成像规律，请回忆一下，当物体位于凸透镜两倍焦距以外时，会成什么样的像？”学生回答：“倒立、缩小的实像。”教师肯定后追问：“如果我把这个实像当作另一个凸透镜的‘物体’，会发生什么？”
教师随即在黑板上画出两条主光轴，先画出第一个凸透镜（标为L₁），在其右侧焦点附近画出一个倒立缩小的实像I₁。然后在I₁后方放置第二个凸透镜L₂（目镜），并说明：“只要让实像I₁落在L₂的一倍焦距以内，它就会被放大成一个正立放大的虚像。”
教师补充：“虽然最终看到的是正立的像，但由于物镜先成倒像，所以整体仍是倒像。不过我们可以通过调整或后期处理使其正立。”
（2）动画演示，动态呈现
教师播放一段精心制作的Flash动画：

教师暂停动画，逐帧讲解：“注意看，物镜负责‘收集光线并成实像’，这是第一步；目镜负责‘放大这个实像’，这是第二步。两者缺一不可。”

（3）归纳总结，提炼要点
教师引导学生共同总结望远镜工作原理：
① 物镜：焦距较长，直径较大，用于接收远处物体的光线，成倒立缩小的实像于其焦点附近；
② 目镜：焦距较短，相当于一个放大镜，将物镜所成的实像进一步放大为虚像；
③ 两镜间距：观察远处物体时，物镜与目镜的距离约等于二者焦距之和（f₀ + fₑ）；观察近处物体时需略大于此值。
教师板书公式：放大倍率 M ≈ f₀ / fₑ，举例说明：若物镜焦距20cm，目镜焦距10cm，则放大倍率为2倍。

通过“旧知迁移—动画可视化—归纳建模”三步走策略，帮助学生克服抽象思维障碍，直观理解两级成像机制；利用板书与公式强化关键知识点，为后续设计提供理论支撑。

三、方案设计
分工协作

三、设计方案，规划制作流程

（1）确定性能指标
教师引导：“我们希望望远镜既能看清远处，又不至于太笨重。根据教材建议，放大倍率取2~3倍较为合适。太高会导致视野狭窄、亮度降低、稳定性差。”
教师出示一组凸透镜样品，分别标注其焦距（可用太阳聚焦法预先测好）：10cm、15cm、20cm、25cm。提问：“如果我想做3倍望远镜，该怎么搭配？”学生计算后回答：“可用30cm物镜配10cm目镜，或21cm配7cm等。”教师提醒：“现实中很难找到精确匹配的镜片，要灵活调整。”
 

将理论转化为实际参数选择，培养学生工程思维；通过小组讨论与决策，提升合作能力与资源管理意识；提前预见