《平面鏡成像》教學(xué)的高端備課

宗先漢　邢紅軍

摘 要：通過對(duì)現(xiàn)行“人教版”初中物理教材《平面鏡成像》一節(jié)的分析，指出其中存在的問題與不足，然后從高端備課的視角，以科學(xué)方法為主線進(jìn)行新的教學(xué)設(shè)計(jì)，最后給出幾點(diǎn)啟示。

關(guān)鍵詞：平面鏡成像；高端備課；科學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）10（S）-0066-3

《平面鏡成像》在初中物理教材中是繼《光的直線傳播》、《光的反射》之后的重點(diǎn)內(nèi)容，如何在平面鏡教學(xué)中揭示本質(zhì)，是初中光學(xué)教學(xué)的重要問題。因此，以高端備課的視角，對(duì)《平面鏡成像》進(jìn)行新的教學(xué)設(shè)計(jì)，以期對(duì)這節(jié)課的教學(xué)有所啟迪。

1 現(xiàn)行教材中的問題

現(xiàn)行“人教版”教材通過給出生活中有趣的倒影激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生去探究平面鏡成像的特點(diǎn)，并由學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究得出平面鏡成像的特點(diǎn)：“像的大小與物體的大小相等，像和物體到平面鏡的距離相等，像和物體的連線與鏡面垂直”。隨后借助圖像來給出虛像的概念，最后給出幾則應(yīng)用實(shí)例。

教材從平面鏡成像特點(diǎn)到虛像再到應(yīng)用，依次呈現(xiàn)，基本符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，并體現(xiàn)了教材層次清楚、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫鹘y(tǒng)。但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，教材中平面鏡成虛像的圖像僅僅表達(dá)了成像的原理，并沒有給出平面鏡成像作圖的步驟，對(duì)平面鏡成像內(nèi)涵亦未加以體現(xiàn)，這容易造成學(xué)生知識(shí)零散、認(rèn)識(shí)膚淺、邏輯混亂。

究其原因，主要是在教材編寫上對(duì)初中生的物理學(xué)習(xí)能力與認(rèn)知水平缺乏足夠的估計(jì)。教材編寫既想利用光路圖又怕知識(shí)過難﹑過深的心理顯而易見，從而導(dǎo)致了對(duì)平面鏡成像知識(shí)的處理投鼠忌器。由于光是“看得見摸不著的”，這就決定了教學(xué)中要充分利用光路圖來幫助學(xué)生理解光學(xué)知識(shí)。

造成以上現(xiàn)象更深層次的原因還在于，教材雖然注重了學(xué)生學(xué)習(xí)平面鏡成像特點(diǎn)與虛像的知識(shí)，但卻忽視了對(duì)作圖法等科學(xué)方法的顯性教育。而作圖法對(duì)于學(xué)生全面而深刻的理解平面鏡成像知識(shí)，建構(gòu)平面鏡成像的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)物理能力發(fā)揮著不可替代的作用?；诖?，對(duì)“平面鏡成像”教學(xué)做了如下設(shè)計(jì)：

2 平面鏡成像的教學(xué)設(shè)計(jì)

如圖1所示，從“平面鏡成像的本質(zhì)”到“平面鏡成像的科學(xué)方法”再到“平面鏡的應(yīng)用”，可以說是一條清晰而完整的教學(xué)邏輯。如其能在教學(xué)中予以體現(xiàn)，就能有效避免知識(shí)零散化，認(rèn)識(shí)膚淺化，邏輯混亂化的問題。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 平面鏡成像的本質(zhì)

平面鏡為什么能成像？教材并沒有給出解釋。授課伊始，教師就應(yīng)當(dāng)指出平面鏡成像的原因是光發(fā)生了鏡面反射，所體現(xiàn)的物理本質(zhì)是光的反射，應(yīng)用的規(guī)律是光的反射定律，如圖2所示。從光的反射到鏡面反射再到平面鏡成像是一條邏輯路線，體現(xiàn)了教學(xué)逐漸深入的邏輯流程。這樣就能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到平面鏡成像應(yīng)該用光的反射定律來解釋，從而在教學(xué)中將知識(shí)串聯(lián)起來。

圖2 平面鏡成像本質(zhì)

2.2 平面鏡成像的科學(xué)方法

研究表明，用科學(xué)方法來表達(dá)物理教學(xué)的邏輯更符合物理教學(xué)規(guī)律與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。因此，“平面鏡成像”的科學(xué)方法就構(gòu)成了本節(jié)教學(xué)脈絡(luò)的中心環(huán)節(jié)。

圖3 科學(xué)方法

如圖3所示，“實(shí)驗(yàn)法”與“作圖法”兩種科學(xué)方法是展開本節(jié)課的樞紐。我們發(fā)現(xiàn)，“實(shí)驗(yàn)法”與“作圖法”對(duì)于認(rèn)知發(fā)展處于從具體運(yùn)算向形式運(yùn)算過渡的初中生具有重要區(qū)別。處于具體運(yùn)算水平的學(xué)生需要借助具體的事物來理解與學(xué)習(xí)，而處于形式運(yùn)算水平的學(xué)生則可以借助符號(hào)化的語言，通過演繹與推理來理解與學(xué)習(xí)。所以處理好具體與抽象的關(guān)系就成為教學(xué)成敗的關(guān)鍵。

基于此，《平面鏡成像》一節(jié)應(yīng)首先通過實(shí)驗(yàn)法探究平面鏡成像的特點(diǎn)。在教學(xué)中要充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究的過程，其過程如下：

①在桌上鋪一張白紙，用鐵皮夾子夾住平板玻璃，放在白紙上，然后沿著玻璃板在紙上畫一條直線，代表平面鏡的位置。

②把一支點(diǎn)燃的蠟燭放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像。

③再拿一支沒有點(diǎn)燃的同樣的蠟燭，豎立著在玻璃板后面移動(dòng)，直到看上去它跟前面那支蠟燭的像完全重合。這個(gè)位置就是前面那支蠟燭的像位置。

④在紙上記下這兩個(gè)位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察蠟燭的大小和它的像的大小是否相同，將書放在像的位置，觀察書上有無圖像。移動(dòng)點(diǎn)燃的蠟燭，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

⑤用直線把每次實(shí)驗(yàn)中蠟燭和它的像的位置連起來，用刻度尺測(cè)量它們到平面鏡的距離，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過分析收集到的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證自己的猜想，總結(jié)出平面鏡成像特點(diǎn)的規(guī)律。

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)法得出平面鏡成像的特點(diǎn)與平面鏡所成的像為虛像，從而增加了對(duì)平面鏡的感性認(rèn)識(shí)。但是教學(xué)不能止步于此，在實(shí)驗(yàn)探究得出結(jié)論之后，應(yīng)進(jìn)一步應(yīng)用作圖法闡明平面鏡成像的原理。如圖4所示，作圖步驟如下：

①過S點(diǎn)任意引入一條入射光線SA，根據(jù)反射定律，畫出法線，作出反射光線AC。

②雖然光線AC進(jìn)入人的眼睛，但由于光的直線傳播經(jīng)驗(yàn)，人會(huì)感覺光是從平面鏡后面發(fā)出的，因此需要延長(zhǎng)反射光線AC。因這光線并不是實(shí)際光線，所以用虛線來表示。

圖4 作圖法

③過S點(diǎn)再任意引入另一條入射光線SB，根據(jù)反射定律，畫出法線，作出反射光線BD。

④同理，延長(zhǎng)反射光線BD，用虛線來表示。這時(shí)兩條反射光線的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)S'。這時(shí)教師可以告訴學(xué)生S'就是S點(diǎn)的像。由于S'不是實(shí)際光線匯聚而成的，所以是虛像。

⑤連接S與S'，交于平面鏡的點(diǎn)為O。用刻度尺測(cè)量得物S到平面鏡的距離SO等于像S'到平面鏡的距離S'O，用量角器測(cè)量得連線SS'垂直于鏡面。

⑥發(fā)光的蠟燭可以看成由許多發(fā)光點(diǎn)組成，每個(gè)發(fā)光點(diǎn)在平面鏡中都有一個(gè)像點(diǎn)，這些像點(diǎn)就組成蠟燭的像，說明像與物體等大，蠟燭的像也是虛像的特點(diǎn)。

至此，通過作圖法得出的平面鏡成像特點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)法得出的平面鏡成像特點(diǎn)完全一致，不僅驗(yàn)證了作圖法的正確性，而且促進(jìn)了學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展。

2.3 平面鏡的應(yīng)用

在平面鏡教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步通過平面鏡的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生對(duì)平面鏡的理解。比如：可以提出這樣一個(gè)問題——在兩個(gè)互相垂直的平面鏡前的物體能成幾個(gè)像？

學(xué)生按照平面鏡成像的知識(shí)猜想：成兩個(gè)像。但結(jié)果是不是那樣呢？通過實(shí)驗(yàn)法觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩平面鏡夾角為90°時(shí)，成像個(gè)數(shù)為三個(gè)。這一結(jié)果引起了學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生的探究熱情。老師可以鼓勵(lì)學(xué)生用作圖法作出成像的光路圖。

進(jìn)一步，教師可以給學(xué)生布置一個(gè)課外作業(yè)：探究?jī)蓚€(gè)平面鏡成像個(gè)數(shù)與夾角的關(guān)系？學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)法，探究歸納出成像數(shù)與鏡間夾角之間的關(guān)系，如表1所示。

表1 成像數(shù)與夾角關(guān)系

最后教師可以提出一種特殊情況：當(dāng)兩平面鏡互相平行時(shí)，成像個(gè)數(shù)有多少？從而引發(fā)學(xué)生思考。此時(shí)理論上成像數(shù)目為無窮多，但由于像會(huì)逐漸變暗，實(shí)際中只能看到有限數(shù)量的像。如圖5所示，從一個(gè)像到三個(gè)像再到多個(gè)像最后到無窮個(gè)像，通過逐步深化學(xué)生的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生體會(huì)平面鏡成像學(xué)習(xí)的樂趣。

圖5 像的變化

3 高端備課的啟示

3.1 按照科學(xué)方法的邏輯進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)法與作圖法作為本節(jié)授課的兩種科學(xué)方法，在本節(jié)課的教學(xué)中起著主線的作用。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們按照這兩種方法所展示的思路去組織教材，安排平面鏡成像的教學(xué)進(jìn)程，從而把科學(xué)方法體現(xiàn)在平面鏡成像的認(rèn)知過程中，這樣就符合了科學(xué)方法教育的邏輯順序。以實(shí)驗(yàn)法與作圖法為中心展開教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅使平面鏡成像知識(shí)結(jié)構(gòu)化，更是對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行了顯性教學(xué)，有利于學(xué)生物理能力的提升。

3.2 遵循從具體到抽象的物理教學(xué)原則

在本節(jié)課中，實(shí)驗(yàn)法所體現(xiàn)的是具體的平面鏡成像現(xiàn)象，而作圖法則更多的表現(xiàn)了平面鏡成像原理。在教學(xué)中，先通過實(shí)驗(yàn)法讓學(xué)生探究成像特點(diǎn)，再通過作圖法闡述成像的原理，最終兩者所表達(dá)的物理知識(shí)卻是相同的，這就實(shí)現(xiàn)了平面鏡成像教學(xué)從具體到抽象的認(rèn)識(shí)過程，促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)知水平發(fā)展。

3.3 應(yīng)用原始物理問題促進(jìn)知識(shí)的應(yīng)用

本節(jié)課中提出的兩平面鏡相交成像的原始物理問題就是平面鏡成像知識(shí)很好的應(yīng)用案例。通過讓學(xué)生先研究簡(jiǎn)單的兩垂直平面鏡的成像情況，再推廣到兩平面鏡夾角為任意的情況，最后提出兩平行平面鏡間成像的情況，從而引發(fā)學(xué)生深入思考。這不僅鞏固了平面鏡的相關(guān)知識(shí)，而且起到了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書，物理八年級(jí)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]張同恂，喬際平.初中物理教材分析和研究[M].北京：人民教育出版社，1988.

[3]邢紅軍，陳清梅.論中學(xué)物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2005，（8）：33.

[4]羅伯特·埃里希著，劉站存，高新紅譯.物理演示實(shí)驗(yàn)集錦[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2011.

（欄目編輯 鄧 磊）

至此，通過作圖法得出的平面鏡成像特點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)法得出的平面鏡成像特點(diǎn)完全一致，不僅驗(yàn)證了作圖法的正確性，而且促進(jìn)了學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展。

2.3 平面鏡的應(yīng)用

在平面鏡教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步通過平面鏡的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生對(duì)平面鏡的理解。比如：可以提出這樣一個(gè)問題——在兩個(gè)互相垂直的平面鏡前的物體能成幾個(gè)像？

學(xué)生按照平面鏡成像的知識(shí)猜想：成兩個(gè)像。但結(jié)果是不是那樣呢？通過實(shí)驗(yàn)法觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩平面鏡夾角為90°時(shí)，成像個(gè)數(shù)為三個(gè)。這一結(jié)果引起了學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生的探究熱情。老師可以鼓勵(lì)學(xué)生用作圖法作出成像的光路圖。

進(jìn)一步，教師可以給學(xué)生布置一個(gè)課外作業(yè)：探究?jī)蓚€(gè)平面鏡成像個(gè)數(shù)與夾角的關(guān)系？學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)法，探究歸納出成像數(shù)與鏡間夾角之間的關(guān)系，如表1所示。

表1 成像數(shù)與夾角關(guān)系

最后教師可以提出一種特殊情況：當(dāng)兩平面鏡互相平行時(shí)，成像個(gè)數(shù)有多少？從而引發(fā)學(xué)生思考。此時(shí)理論上成像數(shù)目為無窮多，但由于像會(huì)逐漸變暗，實(shí)際中只能看到有限數(shù)量的像。如圖5所示，從一個(gè)像到三個(gè)像再到多個(gè)像最后到無窮個(gè)像，通過逐步深化學(xué)生的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生體會(huì)平面鏡成像學(xué)習(xí)的樂趣。

圖5 像的變化

3 高端備課的啟示

3.1 按照科學(xué)方法的邏輯進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)法與作圖法作為本節(jié)授課的兩種科學(xué)方法，在本節(jié)課的教學(xué)中起著主線的作用。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們按照這兩種方法所展示的思路去組織教材，安排平面鏡成像的教學(xué)進(jìn)程，從而把科學(xué)方法體現(xiàn)在平面鏡成像的認(rèn)知過程中，這樣就符合了科學(xué)方法教育的邏輯順序。以實(shí)驗(yàn)法與作圖法為中心展開教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅使平面鏡成像知識(shí)結(jié)構(gòu)化，更是對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行了顯性教學(xué)，有利于學(xué)生物理能力的提升。

3.2 遵循從具體到抽象的物理教學(xué)原則

在本節(jié)課中，實(shí)驗(yàn)法所體現(xiàn)的是具體的平面鏡成像現(xiàn)象，而作圖法則更多的表現(xiàn)了平面鏡成像原理。在教學(xué)中，先通過實(shí)驗(yàn)法讓學(xué)生探究成像特點(diǎn)，再通過作圖法闡述成像的原理，最終兩者所表達(dá)的物理知識(shí)卻是相同的，這就實(shí)現(xiàn)了平面鏡成像教學(xué)從具體到抽象的認(rèn)識(shí)過程，促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)知水平發(fā)展。

3.3 應(yīng)用原始物理問題促進(jìn)知識(shí)的應(yīng)用

本節(jié)課中提出的兩平面鏡相交成像的原始物理問題就是平面鏡成像知識(shí)很好的應(yīng)用案例。通過讓學(xué)生先研究簡(jiǎn)單的兩垂直平面鏡的成像情況，再推廣到兩平面鏡夾角為任意的情況，最后提出兩平行平面鏡間成像的情況，從而引發(fā)學(xué)生深入思考。這不僅鞏固了平面鏡的相關(guān)知識(shí)，而且起到了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張同恂，喬際平.初中物理教材分析和研究[M].北京：人民教育出版社，1988.

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[4]羅伯特·埃里希著，劉站存，高新紅譯.物理演示實(shí)驗(yàn)集錦[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2011.

（欄目編輯 鄧 磊）

至此，通過作圖法得出的平面鏡成像特點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)法得出的平面鏡成像特點(diǎn)完全一致，不僅驗(yàn)證了作圖法的正確性，而且促進(jìn)了學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展。

2.3 平面鏡的應(yīng)用

在平面鏡教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步通過平面鏡的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生對(duì)平面鏡的理解。比如：可以提出這樣一個(gè)問題——在兩個(gè)互相垂直的平面鏡前的物體能成幾個(gè)像？

學(xué)生按照平面鏡成像的知識(shí)猜想：成兩個(gè)像。但結(jié)果是不是那樣呢？通過實(shí)驗(yàn)法觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩平面鏡夾角為90°時(shí)，成像個(gè)數(shù)為三個(gè)。這一結(jié)果引起了學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生的探究熱情。老師可以鼓勵(lì)學(xué)生用作圖法作出成像的光路圖。

進(jìn)一步，教師可以給學(xué)生布置一個(gè)課外作業(yè)：探究?jī)蓚€(gè)平面鏡成像個(gè)數(shù)與夾角的關(guān)系？學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)法，探究歸納出成像數(shù)與鏡間夾角之間的關(guān)系，如表1所示。

表1 成像數(shù)與夾角關(guān)系

最后教師可以提出一種特殊情況：當(dāng)兩平面鏡互相平行時(shí)，成像個(gè)數(shù)有多少？從而引發(fā)學(xué)生思考。此時(shí)理論上成像數(shù)目為無窮多，但由于像會(huì)逐漸變暗，實(shí)際中只能看到有限數(shù)量的像。如圖5所示，從一個(gè)像到三個(gè)像再到多個(gè)像最后到無窮個(gè)像，通過逐步深化學(xué)生的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生體會(huì)平面鏡成像學(xué)習(xí)的樂趣。

圖5 像的變化

3 高端備課的啟示

3.1 按照科學(xué)方法的邏輯進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)法與作圖法作為本節(jié)授課的兩種科學(xué)方法，在本節(jié)課的教學(xué)中起著主線的作用。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們按照這兩種方法所展示的思路去組織教材，安排平面鏡成像的教學(xué)進(jìn)程，從而把科學(xué)方法體現(xiàn)在平面鏡成像的認(rèn)知過程中，這樣就符合了科學(xué)方法教育的邏輯順序。以實(shí)驗(yàn)法與作圖法為中心展開教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅使平面鏡成像知識(shí)結(jié)構(gòu)化，更是對(duì)科學(xué)方法進(jìn)行了顯性教學(xué)，有利于學(xué)生物理能力的提升。

3.2 遵循從具體到抽象的物理教學(xué)原則

在本節(jié)課中，實(shí)驗(yàn)法所體現(xiàn)的是具體的平面鏡成像現(xiàn)象，而作圖法則更多的表現(xiàn)了平面鏡成像原理。在教學(xué)中，先通過實(shí)驗(yàn)法讓學(xué)生探究成像特點(diǎn)，再通過作圖法闡述成像的原理，最終兩者所表達(dá)的物理知識(shí)卻是相同的，這就實(shí)現(xiàn)了平面鏡成像教學(xué)從具體到抽象的認(rèn)識(shí)過程，促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)知水平發(fā)展。

3.3 應(yīng)用原始物理問題促進(jìn)知識(shí)的應(yīng)用

本節(jié)課中提出的兩平面鏡相交成像的原始物理問題就是平面鏡成像知識(shí)很好的應(yīng)用案例。通過讓學(xué)生先研究簡(jiǎn)單的兩垂直平面鏡的成像情況，再推廣到兩平面鏡夾角為任意的情況，最后提出兩平行平面鏡間成像的情況，從而引發(fā)學(xué)生深入思考。這不僅鞏固了平面鏡的相關(guān)知識(shí)，而且起到了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書，物理八年級(jí)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]張同恂，喬際平.初中物理教材分析和研究[M].北京：人民教育出版社，1988.

[3]邢紅軍，陳清梅.論中學(xué)物理教學(xué)中的科學(xué)方法教育[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2005，（8）：33.

[4]羅伯特·埃里希著，劉站存，高新紅譯.物理演示實(shí)驗(yàn)集錦[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2011.

（欄目編輯 鄧 磊）