用輔助實驗突破“替代法”的教學難點
——以“探究平面鏡成像的特點”實驗為例

向 奎 吳明桂

(1.重慶市巫山縣教研室,重慶 404700；2.重慶市巫山第二中學,重慶 404700)

“替代法”是實驗中常用的方法，但學生學習時通常很難想到“替代法”，教學中往往成為難點。例如，在平面鏡成實驗中用玻璃板替代平面鏡，學生很難想得到，只能被動接受，不符合學生的認知特點。

1 一道物理試題引發的深思

重慶市巫山縣的初中物理期末檢測中有如下題目：樹在水邊的倒影如圖1所示，請問水有多深( )。

圖1

A. 至少有樹的倒影深

B. 樹有多高水就有多深

C. 與樹和影均無關

D. 沒有樹的倒影深

考試后全縣的統計結果為：選A的占18.9%，選B的占8.3%，選C的占70.3%，選D的占2.5%，1人多選，17人未做。

測試統計結果讓不少教師感到震驚：該題涉及生活常識，即使沒有學過物理，僅憑生活經驗也知道水深與題目選項中的因素都毫無關系，但意想不到的是學過平面鏡成像的學生中還有約18.9%的選A。

針對以上結果，筆者猜想：平面鏡成像的實驗教學是不是出了問題？問題是不是出在用玻璃替代平面鏡上？為驗證猜想，筆者設計了如下習題在班上進行了測試和統計。

探究平面鏡成像的實驗裝置如圖2所示，A是一支點燃的蠟燭，B是一支同樣大小沒有點燃的蠟燭。如圖3所示，在玻璃板與蠟燭B之間放上一塊不透明的木板，則在玻璃前觀察A在玻璃中成的像，下述說法中正確的是( )。

圖2

圖3

A． 能看到A的像仍在B處

B． 能看到A的像，但在木板上

C． 看不到A的像

D． 看到像在玻璃與木板之間

有近21%的同學選B和C，結論表明筆者的猜想有一定的道理，因此在分組實驗之前創新設計了一個輔助實驗。

2 創新設計分析

2.1 課程標準要求

《義務教育物理課程標準(2011年版)》對“平面鏡成像”的要求為：通過實驗，探究平面鏡成像時像與物的關系。知道平面鏡成像的特點及應用。

在課程標準中凡是用“通過實驗”這一措辭陳述的知識內容，都必須通過實驗來學習，為提高教學效果，教師還應盡量創造條件做一些其它力所能及的物理實驗；對于用“探究”這一措辭陳述的知識內容，教師應創設探究情境，激發學生探究欲望，要讓學生真正經歷探究過程，不要在學生還沒有進行足夠的思考時草率得出結論。在科學探究中，教師不僅要讓學生通過探究發現某些規律，還應注重在探究過程中培養學生的探究能力，提高學習興趣，增進對科學本質的理解，培養科學態度和科學精神。根據課標的要求，在分組實驗前創設情境、創新實驗設計是非常必要的。

2.2 教材的不足

在“探究平面鏡成像的特點”實驗中，人教版初中物理教材提供的實驗裝置如圖4所示，設計了表1用于記錄實驗數據；滬科版初中物理教材的實驗設計如圖5所示，在桌面上鋪一張大紙，在紙上豎立一塊玻璃板作為平面鏡，用兩只等大的蠟燭進行實驗。實驗是探究平面鏡成像的特點，教材給的實驗器材卻是“玻璃”，因此導致學生在認識上存在困惑。

圖4

表1

圖5

2.3 教學的欠缺

回顧大多數教師對平面鏡成像特點的教學情形，通常是按部就班根據教材的實驗方案進行實驗，完成教材上設計好的表格，直達目標——“平面鏡成像的位置、大小、虛實”的特點。讓學生“照方抓藥”，卻忽略了本實驗中用“玻璃”替代“平面鏡”的利與弊。這樣的實驗固然容易得出教師想要的實驗結果，但把探究性實驗變成了驗證性實驗，不利于學生科學探究能力的培養，須對實驗教學進行創新設計。

3 創新設計過程及效果

在研究平面鏡成像規律的實驗中，讓學生自己想到用玻璃板來研究虛像，其實很不容易。如果教師僅憑口述：玻璃板既能反光，又能透光，可以解決確定像的位置和大小問題，而平面鏡是無法完成的，所以實驗中選擇玻璃而不用平面鏡。這樣學生只能被動接受，即使完成了教學任務，部分學生還是沒有真正理解。如果教師在分組實驗前設計演示實驗，讓學生自主發現玻璃板的妙用，可以達到更高層次的教學目標。

將兩小塊玻璃和兩小塊平面鏡用膠粘合，合成如圖6所示的實驗器材。在“平面鏡成像規律”的實驗教學中，先用改進后的實驗裝置做平面鏡成像的演示實驗，如圖7所示，在鏡前放裝有紅色液體的礦泉水瓶，讓不同位置的學生都能觀察到瓶的虛像。先讓學生觀察通過平面鏡所成的部分虛像，再觀察通過玻璃所成的部分虛像，對二者進行比較，發現通過平面鏡所成上的虛像比通過玻璃所成的虛像更明亮，除此之外其他完全相同。

圖6

圖7

圖8

在學生感到疑惑時，老師將事先準備好的同樣裝有紅色液體的礦泉水瓶放在所成虛像的位置，如圖8所示，此時玻璃面上所成的像瞬間變得“明亮”，形成了一個完整的礦泉水瓶虛像。有學生發現所成虛像和玻璃板后的那只礦泉水瓶重合，這才明白了教材中用玻璃代替平面鏡做實驗的真正用意。發動全體學生討論、交流，通過玻璃區域和平面鏡區域在成像過程中形成的鮮明對比，使學生明白用玻璃代替平面鏡是為了確定虛像的位置。然后給學生分發玻璃板，安排學生進行分組實驗。

4 結語

“替代法”是物理實驗中常用的方法之一，通常在為教學的順利完成搭建一座“橋”的同時，也為學生的理解挖了一個“坑”。所以，教學的關鍵是教師要利用好這座“橋”，讓學生繞過這個“坑”。在分組實驗前，應該適當創設新情境，創新輔助實驗，激發學生親自實驗的欲望，讓學生明白實驗設計的意圖，而這樣的創新演示實驗也能對分組實驗的教學起到畫龍點睛的作用。

正如夸美紐斯所說：凡是要知道的事物，都要通過事物本身來進行教學。由淺入深、由易到難、由簡到繁，符合學生的認知規律。教師要根據教學內容、教學對象創造性地將教材中的知識點貫穿銜接。使學生經歷與科學家相似的探究過程，主動獲取物理知識，領悟科學方法，發展科學探究能力，體驗科學探究的樂趣，養成勇于創新的科學精神。