核心素養導向下初中物理科學思維培養教學實踐

在教育改革中，核心素養的培養已成為各類學科教學的核心目標之一。對于初中物理教學而言，科學思維的培養更是重中之重。科學思維不僅關乎學生對物理知識的理解和掌握，還影響著他們未來面對復雜問題時的解決能力和創新能力。本文以北師大版八年級上冊“學生實驗：探究——平面鏡成像的特點”為例，旨在探討如何在核心素養導向下通過實驗教學培養學生的科學思維。教師引導學生主動探究平面鏡成像的特點，不僅能夠加深學生對物理知識的理解，還能夠激發他們的好奇心、求知欲和探索精神，從而培養他們的科學思維和創新能力。

一、導入新課

在物理課堂的開始，教師運用電影中的經典場景作為引子，激發學生的好奇心與探索欲。“大家有沒有在電影中見過這樣的鏡頭：黑洞洞的槍口直指觀眾，隨后一顆子彈仿佛從屏幕中射出，讓人驚心動魄？”教師的話瞬間吸引了學生的注意力。學生紛紛點頭，表示對這種電影特效印象深刻。接著，教師話鋒一轉，提出關鍵問題：“那么，這種鏡頭真的是攝影師冒著生命危險，用鏡頭正對著槍口拍攝的嗎？”為了引導學生深入思考，教師進一步提問：“如果不是這樣拍攝的，那么電影制作人是如何制作出這種逼真效果的呢？”學生開始竊竊私語，猜測著各種可能性。有的認為是后期特效制作的，有的認為是使用了某種特殊的拍攝技巧。看到學生興趣盎然，教師微笑著揭曉了答案：“其實，這種鏡頭往往是利用平面鏡成像的原理完成的。電影制作人通過巧妙地布置平面鏡和攝像機，讓觀眾看到的并非真實的槍口，而是平面鏡中反射出的影像。這樣，既達到了驚險刺激的視覺效果，又保證了拍攝過程的安全性。”

通過教師的講解，學生不僅被電影特效吸引，還對平面鏡成像的原理產生了濃厚的興趣，紛紛表示想要深入了解平面鏡成像的特點，揭開其背后的奧秘。

二、教授新課

（一）認識平面鏡

“首先，讓我們來認識一下平面鏡。請大家看我手里的這面鏡子，這就是我們今天要研究的對象——平面鏡。”教師拿出一面鏡子，對著鏡子給學生展示，并讓學生也拿出自己帶來的小鏡子，對著鏡子向自己打招呼。“現在，請大家對著鏡子向自己打招呼，看看鏡子里的自己有什么變化。”學生紛紛對著鏡子打招呼，觀察鏡子里的自己。學生通過觀察平面鏡，發現平面鏡表面平整光滑，能夠清晰地成像。他們興奮地交流著彼此的發現，并嘗試用語言描述平面鏡的特點。“老師，我發現平面鏡的表面很平整，沒有凹凸不平的地方。”“對，我也發現了，平面鏡能夠清晰地照出我們的樣子。”“很好，大家都發現了平面鏡的特點。那么，你們能不能根據這些特點，列舉出生活中哪些地方用到了平面鏡呢？”學生開始思考并列舉生活中的平面鏡應用實例，如家里的梳妝鏡、商場的試衣鏡等。“非常好，大家都列舉出了很多生活中的平面鏡應用實例。這些實例說明了平面鏡在我們的生活中有著廣泛的應用。那么，接下來我們一起探究平面鏡成像的特點，看看它到底有哪些神奇之處。”

這樣，學生不僅認識了平面鏡，還通過觀察和思考，初步構建了平面鏡的模型，培養了他們的思維構建能力。同時，通過列舉生活中的平面鏡應用實例，學生也進一步加深了對平面鏡的理解，為后續的實驗探究打下了良好的基礎。

（二）實驗探究：平面鏡成像的特點

在實驗探究環節，教師將通過一系列精心設計的活動引導學生深入探究平面鏡成像的特點，培養他們的科學推理、科學論證和質疑創新能力。

【提出問題】

在實驗開始前，教師首先引導學生明確探究的問題：“當物體在平面鏡中成像時，其像的大小與位置是如何與物體本身的大小和位置相關聯的呢？”此問題旨在激發學生的探索興趣與求知欲，為接下來的實驗設計與執行奠定明確的基礎與導向。

【設計實驗】

為了解答上述問題，學生需要設計實驗來比較像與物的大小關系和位置關系。教師將學生分成6人一組，并為每組配備實驗器材，包括玻璃板、刻度尺等大的物體（如蠟燭、小木塊等）、白紙和筆等。然后，教師提問：“為了比較像與物體的大小關系，我們應該如何操作？”學生立刻投入熱烈的討論中。幾分鐘后，一個小組的代表舉手發言：“我們計劃在玻璃板前放置一個物體（如蠟燭、小木塊等），然后在玻璃板后放置一個與物體等大的替代物（如蠟燭、小木塊等）。通過調整替代物的位置，使其與像完全重合，這樣就可以證明像與物的大小是相等的。”教師點頭表示贊許，并繼續提問：“那么，為了比較像與物體的位置關系，我們又應該如何操作呢？”另一個小組的代表迫不及待地站起來回答：“我們可以在物體和像的位置上分別做標記，然后使用刻度尺測量物體到玻璃板的距離和像到玻璃板的距離。通過比較這兩個距離，我們就可以探究出像與物的位置關系了。”隨后，各小組代表輪流上臺分享他們的實驗方案。其他學生則認真傾聽，并積極發表點評和補充建議，共同完善實驗設計。教師站在一旁，微笑著點頭：“你們的設計都非常棒！但是在實際操作中，如何確保替代物與像完全重合呢？如何準確測量物體和像到玻璃板的距離呢？這些問題需要你們不斷嘗試和改進實驗方法。”

【進行實驗】

在確定了實驗方案后，學生迫不及待地開始了實驗。學生分工明確，有的負責放置物體和替代物，有的負責測量距離，還有的負責記錄數據和觀察現象。在實驗過程中，教師巡回指導，確保學生正確操作實驗器材。同時，教師也仔細觀察學生的實驗過程，以便在實驗結束后進行點評和總結。

在實驗過程中，學生果然遇到了一些困難。比如，有些小組發現替代物很難與像完全重合；有些小組則發現測量物體和像到玻璃板的距離時存在一定的誤差。但是，這些困難并沒有打擊學生的積極性，反而激發了他們的思考和創新精神。一個小組的學生興奮地說：“老師，我們發現了一個新方法！我們可以用一張白紙在玻璃板后接住像的光斑，然后根據光斑的大小和形狀來調整替代物的位置，這樣替代物就能更容易地與像重合了！”教師贊許地說：“你們真是太棒了！這種方法真的很巧妙！其他同學也可以嘗試一下這種方法，看看是否有效。”在實驗的歡聲笑語中，學生不斷嘗試和改進實驗方法，最終成功地完成了實驗任務。

【收集證據】

為了記錄實驗數據，學生小組填寫實驗數據記錄表（見表1）。學生需要在實驗過程中認真記錄數據，并確保數據的準確性和可靠性。

【分析論證】

實驗結束后，學生小組分析表格數據，教師在一旁引導，并提出關鍵問題供學生思考：“首先，我們來看看第2、3列的數據，大家能從中分析出像與物的大小關系嗎？”教師問道。學生紛紛比較起物體高度和像的高度，很快得出結論：“像與物的大小是相等的。”這一發現與平面鏡成像的基本原理不謀而合，即像與物關于鏡面是對稱的。“很好，那么接下來，我們對比第4、5列的數據，又能得出什么結論呢？這個結論能否準確描述像與物的位置關系？”教師繼續引導。學生通過比較物體到鏡面的距離和像到鏡面的距離，發現這兩個距離是相等的。教師提醒學生，這還不夠全面。“為了更準確地描述像與物的位置關系，我們還需要做些什么？”學生思考后，決定在網格紙上將像與物的標記點連線，觀察連線與鏡面的關系。經過一番觀察和測量，學生驚喜地發現：“物與像的連線與鏡面是垂直的！”由此，學生得出了平面鏡成像的另一個重要特點：像與物關于鏡面垂直對稱。

在分析論證的過程中，教師始終引導學生運用科學推理和論證的方法，確保結論的準確性和可靠性。同時，教師鼓勵學生提出自己的見解和質疑，培養他們的科學思維和創新能力。

【交流與評估】

教師組織了一場交流與評估活動，讓學生對實驗中出現的一些現象進行深入分析。“老師想問大家，為什么我們選擇玻璃板作為平面鏡呢？”教師拋出了第一個問題。學生紛紛舉手回答：“因為玻璃板既能反射光線成像，又能透過光線看到后面的物體，這樣可以方便我們準確地確定像的位置和大小。”這一回答體現了學生對實驗器材選擇的深刻理解。“很好，那為什么玻璃板要豎立放置呢？如果傾斜放置，會出現什么情況呢？”教師繼續提問。學生經過討論后回答：“豎立放置可以確保像與物在同一水平面上，這樣便于我們觀察和測量。如果傾斜放置的話，像就會偏離水平面，導致我們的測量不準確。”這一回答體現了學生對實驗操作的嚴謹態度。“玻璃板是選薄的好，還是厚的好？為什么？”教師接著提問。學生思考后回答：“薄玻璃板成像更清晰，誤差更小。而厚玻璃板可能會因為兩次反射而形成重影，影響我們的實驗結果。”這一回答體現了學生對實驗誤差的細致考慮。最后，教師提出一個與視覺感知相關的問題：“為什么鏡子中的像看起來近大遠小呢？”學生結合自己的生活經驗回答：“這與我們的視覺感知有關。當物體距離鏡子越近時，像看起來就越大；當物體距離鏡子越遠時，像看起來就越小。但實際上，像的大小與物體的大小是相等的。”這一回答體現了學生對視覺感知與物理原理之間關系的深刻理解。在交流與評估的過程中，教師需要鼓勵學生積極發言、分享自己的見解和成果，還需要對學生的回答進行點評和總結，幫助學生鞏固所學知識、提升科學思維能力。

通過這一系列的實驗探究過程，學生不僅掌握了平面鏡成像的特點和原理，還培養了科學推理、科學論證和質疑創新的能力。這些能力將對他們未來的學習和發展產生深遠的影響。

（三）作圖、分析：平面鏡成像原因

“同學們先來看看這張圖‘人眼看物’（見圖1）。大家可以看到，當我們的眼睛直接看向一個物體時，光線是從物體直接反射進我們眼睛的，這樣我們就能清晰地看到物體。”教師講解道。

“現在，我們再來看看‘人眼看像’這張圖（見圖2）。大家有沒有發現，這里的光線并不是直接從像中發出的呢？”學生仔細觀察后，紛紛點頭表示同意。“很好，那么這些光線是從哪里來的呢？”教師繼續提問。學生思考片刻后，有人回答道：“是從物體反射到平面鏡，再由平面鏡反射進我們眼睛的。”“非常正確！”教師給予了肯定，并開始引導學生繪制“人眼看像”的光路圖，“現在，請大家跟我一起，根據我們剛才的分析繪制出這條光路。”

學生跟隨教師的步伐，在筆記本上認真地繪制光路圖。在繪制光路圖的過程中，學生逐漸理解了平面鏡成像的原理。“好了，現在我們已經繪制出了光路圖。”教師指著黑板上的圖（見圖2）說道，“大家可以看到，光線并沒有直接從像中發出，而是從物體反射到平面鏡，再由平面鏡反射進我們的眼睛。這就是為什么我們看到的像是虛像的原因。”“老師，為什么說是虛像呢？”有學生提出了疑問。“很好的問題。”教師微笑著解釋道，“因為虛像并不是由實際光線匯聚而成的，而是由反射光線形成的視覺感知。就像我們現在看到的這個像，它并沒有實際存在于那里，只是我們眼睛通過反射光線感知到的。”“哦，原來是這樣啊！”學生恍然大悟。

通過作圖分析，學生掌握了平面鏡成像的原理和特點，學會了運用作圖的方法去證明平面鏡成的像是虛像。這一環節的教學設計成功地達到了預期的教學目標，培養了學生的科學思維能力和解決問題的能力。

三、擴展：平面鏡的日常應用

【平面鏡的多樣應用】

“同學們都知道平面鏡能夠成像，那么，在我們的日常生活中，有哪些地方會用到平面鏡呢？”這個問題立刻激發了學生的好奇心，他們紛紛舉手，想要分享自己的發現。一個學生率先開口：“比如在家里，我們常用的穿衣鏡就是平面鏡的一種，它能幫助我們整理儀容儀表，確保我們每天都以最佳的狀態出門。”另一個學生補充道：“在理發店、舞蹈室、服裝店里，我們也經常能看到平面鏡的身影。它們為顧客提供了一個觀察自己身材和著裝效果的絕佳視角，讓顧客能夠更自信地展現自己。”還有一個學生想到了牙醫的診室：“牙醫在檢查牙齒時也會使用平面鏡。這樣，他們就能更清晰地看到患者的口腔情況，從而做出更準確的診斷和治療計劃。”

【“平面鏡改變光路”原理分析】

“除了成像外，平面鏡還有一個重要的應用，就是改變光路。”教師解釋道，“比如，塔式太陽能電站就巧妙地利用了平面鏡的這一特性，將陽光反射到集熱器上，從而實現了太陽能的高效利用。”聽到這里，學生的好奇心再次被點燃。學生開始思考，除了塔式太陽能電站外，還有哪些地方也利用了平面鏡改變光路的原理呢？很快，有學生想到了潛望鏡：“潛望鏡不就是利用平面鏡改變光路的原理來工作的嗎？”教師對學生的回答表示贊賞，并鼓勵他們動手實踐：“現在，請大家拿出自己制作的潛望鏡，我們來模擬一下海上偵察的情境。”學生興奮地拿出潛望鏡，開始模擬偵察活動。學生通過調整潛望鏡的角度，觀察“海面”上的情況，深刻體驗到了平面鏡改變光路的神奇魅力。

為了進一步加深學生對平面鏡改變光路原理的理解，教師又布置了一個小實驗，并向學生發出了指令：“現在，請大家將兩面磁吸平面鏡平行放置，并確保它們與水平面均呈45度角。隨后，使用激光筆在黑板上追蹤并顯示出光線的路徑。”學生積極響應教師的指示，小心翼翼地擺放好平面鏡，并拿起激光筆開始實驗。學生全神貫注地觀察著，當激光筆的光線觸及第一面平面鏡時，光線被精準地反射到了第二面平面鏡上，隨后再次被反射，最終投射到了黑板上。這一連串的反射現象讓學生驚嘆不已，他們紛紛表示，通過親自操作這個實驗對平面鏡如何改變光路的原理有了更加直觀和深刻的理解。這次實驗不僅加深了學生對平面鏡神奇功能的認識，還激發了他們探索物理世界奧秘的熱情。

編輯：趙文靜