“平面鏡成像”實驗的分析及改進(jìn)

丘燕萍 黃樹清

摘 要：“平面鏡成像”實驗是初中生必做的學(xué)生探究性實驗，針對現(xiàn)行物理教材的實驗方案采用兩根完全相同的蠟燭使實驗缺乏探究性以及蠟燭燃燒后發(fā)生形變導(dǎo)致實驗缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性這兩個問題進(jìn)行了分析，并基于這兩個問題自制電子蠟燭對實驗進(jìn)行了改進(jìn)，旨在進(jìn)一步提高課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：平面鏡成像;實驗;改進(jìn)

學(xué)生核心素養(yǎng)的提升離不開有效的課堂教學(xué)，高質(zhì)量的課堂教學(xué)效果離不開科學(xué)的實驗教學(xué)?！捌矫骁R成像”實驗是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011版）要求的學(xué)生必做探究性實驗。現(xiàn)行初中物理教材呈現(xiàn)的實驗方案忽略了蠟燭燃燒的嚴(yán)謹(jǐn)性及安全性問題，同時實驗過程沒有體現(xiàn)探究性實驗的特點，忽略了學(xué)生的前概念。

基于以上情況，筆者對現(xiàn)行教材中實驗方案存在的問題稍作分析，并對實驗進(jìn)行改進(jìn)，意在提高課堂教學(xué)效果，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

一、 平面鏡成像中蠟燭燃燒問題的分析及改進(jìn)

筆者根據(jù)現(xiàn)行初中物理教材，針對“平面鏡成像”實驗中蠟燭燃燒的嚴(yán)謹(jǐn)性及安全問題提出了一些看法。

（一） 問題分析

普通蠟燭點燃之后燃燒是比較迅速的，按照現(xiàn)行教材上的實驗方案：實驗中準(zhǔn)備兩根完全一樣的蠟燭，點燃其中一根蠟燭作為參照物，用另外一根不點燃的蠟燭去探究像與物體的關(guān)系。這里存在一個問題，作為參照物的蠟燭經(jīng)點燃之后就一直在燃燒，學(xué)生用另外一根不點燃的蠟燭去探究平面鏡成像的特點，前前后后不斷地移動不點燃的蠟燭，尋找像的位置以及探究像和物體的大小關(guān)系。此時，作為參照物的蠟燭已經(jīng)燃燒掉一部分，并且蠟淚也會導(dǎo)致作為參照物的蠟燭發(fā)生外形變化。因此，采用普通蠟燭進(jìn)行實驗就缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，也難以在實驗中對學(xué)生滲透科學(xué)思維。另一方面，初中生比較活潑好動，蠟燭屬于危險物體，學(xué)生使用不當(dāng)容易引起火災(zāi)。

（二） 實驗改進(jìn)

針對蠟燭點燃之后外形變化導(dǎo)致實驗不嚴(yán)謹(jǐn)及蠟燭燃燒的安全問題，筆者自制了一種電子蠟燭。

制作器材：普通塑料水管（內(nèi)徑2cm）、紅色發(fā)光二極管、B6000膠水、燭焰模型、閃光紙、紐扣電池（2V）、圓形小磁鐵（直徑2mm）、硬紙片、美工刀。

自制過程：

（1）用美工刀把白色塑料水管裁成高度分別為5cm、7cm、8cm的空心圓柱體各2個，用閃光紙把裁好的塑料水管進(jìn)行包裝，使之外形不僅與蠟燭神似而且美觀，作為電子蠟燭的燭身。

（2）把二極管塞進(jìn)燭焰模型中，并在接口處用B6000膠水粘住。將硬紙片裁成半徑為2cm的圓形紙片，在紙片中間打孔，使?fàn)T焰模型（里面粘著二極管）穿過硬紙片，硬紙片與燭焰模型緊緊卡住，作為蠟燭的上面部分（圖1）。

（3）把二極管的兩個接腳與紐扣電池連接，用兩個小磁鐵分別放在紐扣電池的兩側(cè)，使二極管與電池穩(wěn)穩(wěn)連接。此時，燭焰已經(jīng)亮起（圖2）。

（4）把做好的蠟燭的上面部分安在包裝好的塑料水管上。這時，完成自制蠟燭（圖3）。

（三） 小結(jié)

自制的電子蠟燭不僅與普通蠟燭神似而且美觀，最重要的是利用自制的電子蠟燭進(jìn)行實驗具有兩個普通蠟燭不具備的優(yōu)點。第一，利用自制的電子蠟燭進(jìn)行實驗很好地解決了上述分析的實驗探究時存在的不嚴(yán)謹(jǐn)問題，即不會因為燭淚等問題導(dǎo)致外形變化。第二，使用電子蠟燭進(jìn)行實驗避免了一定的危險，解決了實驗容易導(dǎo)致火災(zāi)等問題。

二、 平面鏡成像的“物遠(yuǎn)像小”分析及改進(jìn)

根據(jù)現(xiàn)行初中物理教科書，基于學(xué)生存在“物遠(yuǎn)像小”的前概念，針對“平面鏡成像”實驗采用兩根完全相同的蠟燭缺乏探究性提出了一些看法。

（一） 問題分析

對于平面鏡成像的大小問題，初中生聯(lián)系生活實際很容易產(chǎn)生“物遠(yuǎn)像小”的前概念。比如照鏡子時，人離鏡子遠(yuǎn)了所成的像就變小了。實驗前，可以讓學(xué)生依據(jù)自己的想法和思路去設(shè)計實驗、探究問題，然后通過實驗得到像和物體等大與距離無關(guān)，從而消除前概念。但是，現(xiàn)行教材大部分是提供兩根完全相同的蠟燭，這就存在一個問題。兩根完全相同的蠟燭會導(dǎo)致學(xué)生下意識的“按部就班”，兩根完全相同的蠟燭如同變相地告訴學(xué)生像和物體的大小是相等的與距離無關(guān)。因此，在實驗過程中學(xué)生獨立思考的能力沒有得到提升，同時也無聲無息地忽視了學(xué)生的前概念問題。這就無法得知學(xué)生在頭腦中是否建立起了正確的物理概念，也無法在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（二） 實驗改進(jìn)

針對現(xiàn)行教材采用完全相同的兩根蠟燭缺乏探究性，以及學(xué)生頭腦中存在“物遠(yuǎn)像小”的前概念問題，筆者利用自制的電子蠟燭解決了此問題。

實驗器材：30cm*20cm*0.1cm透明有機(jī)玻璃板、木條、B6000膠水、美工刀、自制的電子蠟燭（圖3）、白紙。

實驗過程：

（1）取0.8cm*0.8cm*20cm的木條4根，通過B6000膠水把有機(jī)玻璃板的前后兩側(cè)分別用2根木條進(jìn)行固定，使之垂直桌面固定。

（2）取燭身高度為7cm的導(dǎo)通的電子蠟燭作為參照物，把參照物遠(yuǎn)離玻璃板，在玻璃板的另一側(cè)用未導(dǎo)通的燭身高度為5cm的電子蠟燭去探究像與物體的關(guān)系。實驗現(xiàn)象如圖4所示，燭身高度為5cm的電子蠟燭始終無法與像重合，像比蠟燭高出一截，燭焰似乎飄在上方。

（3）取燭身高度為7cm的導(dǎo)通的電子蠟燭作為參照物，把參照物靠近玻璃板，在玻璃板的另一側(cè)用未導(dǎo)通的燭身高度為8cm的電子蠟燭去探究像與物體的關(guān)系。實驗現(xiàn)象如圖5所示，燭身高度為8cm的電子蠟燭也始終無法與像重合，像似乎在燭身里面。

（4）取燭身高度為7cm的導(dǎo)通的電子蠟燭作為參照物，把參照物先靠近再遠(yuǎn)離玻璃板，在玻璃板的另一側(cè)用未導(dǎo)通的高度為7cm的電子蠟燭去探究像與物體的關(guān)系，重復(fù)實驗多次。實驗現(xiàn)象如圖6所示，燭身高度為7cm的電子蠟燭總是能與像完美重合。此時，未導(dǎo)通的電子蠟燭好像被導(dǎo)通了。

（三） 實驗改進(jìn)小結(jié)

通過自制大小不同的電子蠟燭改進(jìn)實驗，使實驗過程更具有探究性和嚴(yán)謹(jǐn)性，給學(xué)生提供了獨立思考的空間和條件，讓學(xué)生頭腦中“物遠(yuǎn)像小”的前概念問題得到了更好地解決，建立起正確的物理觀念。其次，使用電子蠟燭進(jìn)行實驗，實驗現(xiàn)象直觀明顯，給學(xué)生視覺上的強(qiáng)烈沖擊，課堂教學(xué)效果顯著提高。

三、 結(jié)語

采用自制的電子蠟燭進(jìn)行實驗，課堂教學(xué)效果有了明顯提高，學(xué)生對蠟燭燃燒導(dǎo)致的不嚴(yán)謹(jǐn)性問題有了更深的認(rèn)識，同時也培養(yǎng)了學(xué)生對教材以及對物理問題的質(zhì)疑能力。在實驗過程中，學(xué)生基于自己“物遠(yuǎn)像小”的猜想制定方案，最后通過實驗消除了頭腦中的前概念，使學(xué)生頭腦中的錯誤觀念得到了改正，建立起了正確的物理觀念，科學(xué)探究能力也進(jìn)一步得到提升。此外，通過自制電子蠟燭，避免了點燃蠟燭散發(fā)的氣體對空氣的污染問題，同時也在細(xì)小的事情上培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)環(huán)境的科學(xué)態(tài)度。

參考文獻(xiàn)：

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[3]諶華生.關(guān)于“探究平面鏡成像的特點實驗中是否應(yīng)用兩支相同的蠟燭”的論述[J].中學(xué)物理，2016，34（22）：51-52.

作者簡介：

丘燕萍，黃樹清，福建省福州市，福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院。