摘要：探究平面鏡成像的特征是光學(xué)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，是學(xué)科核心素質(zhì)培養(yǎng)的有效途徑之一，傳統(tǒng)的探究平面鏡成像實(shí)驗(yàn)存在一些不足之處，本文就探究平面鏡成像特性的裝置問題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等易形成偏差的地方進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而使探究實(shí)驗(yàn)達(dá)到最優(yōu)化.
關(guān)鍵詞：平面鏡成像;轉(zhuǎn)盤法;不透明法;標(biāo)記物法
文章編號(hào)：1008-4134（2020）12-0040中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B
作者簡(jiǎn)介：田效軍（1968-），男，江蘇徐州人，專科，學(xué)校中級(jí)班主任，研究方向：中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究.
1問題提出
高中數(shù)學(xué)各大版本教材在“探究平面鏡成像”的實(shí)驗(yàn)一文中，幾乎都選用白色玻璃板取代平面鏡，這樣即使還能看到物體的像，也才能看到白色玻璃板前面的另一個(gè)相同的物體，盡管于確定物體像的位置，并且在實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)椴ＡО迦匀淮嬖谝欢ǖ拈L(zhǎng)度，玻璃板前后兩個(gè)面都還能對(duì)物體成像，影響探究平面鏡成像的特性的歸納與總結(jié).這樣的探究實(shí)驗(yàn)形成的偏差可能較大，使中學(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)形成指責(zé)，因此筆者在書本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，以減少實(shí)驗(yàn)偏差，并提升實(shí)驗(yàn)療效.
2教材實(shí)驗(yàn)回顧
2.1實(shí)驗(yàn)回顧
如圖1所示，通過白色玻璃板取代平面鏡來(lái)觀察成像情況，借助兩個(gè)相同的物體（如棋子）以及刻度尺、鉛筆等比較像與物大小關(guān)系、像與物分別到平面鏡距離關(guān)系，并證明平面鏡成像為實(shí)像.具體步驟如下：
（1）將白色玻璃板豎直放置在一張方格紙上，將棋子A放置在玻璃板前，看像在鏡前還是鏡后.
（2）將另一個(gè)相同的棋子B放在鏡后并來(lái)回聯(lián)通，使它與棋子A在平面鏡中所成的像完全重合，此時(shí)棋子B的位置就是棋子A像的位置.
（3）比較棋子A的像與棋子B的大小，以及棋子A與棋子B到玻璃板的距離關(guān)系.
（4）將一張白卡片豎直置于棋子B所在的位置，在鏡后直接觀察白卡片上是否有棋子A的像.
（5）改變棋子A的位置，多次實(shí)驗(yàn)，找尋平面鏡成像的特性.
2.2實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)
這樣即使才能簡(jiǎn)略完成實(shí)驗(yàn)，讓中學(xué)生在簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)中識(shí)記平面鏡成像的特性，也能讓中學(xué)生形成直觀上的認(rèn)知作用，但僅有實(shí)物直觀的療效，只能固定式、機(jī)械式以及重復(fù)式地操作，不能迸發(fā)靈感，更不能導(dǎo)致中學(xué)生情感上的共鳴，只能使中學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方面出現(xiàn)“一聽就懂、一看都會(huì)、一做就錯(cuò)”的問題，使中學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)弱化，因而消失，因?yàn)榍楦袑?duì)認(rèn)知活動(dòng)的增力效能，給我們解決當(dāng)前高中學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力缺乏和中學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足的問題以新的啟示.因而，對(duì)本探究實(shí)驗(yàn)存在以下幾點(diǎn)問題：
（1）實(shí)驗(yàn)中常常會(huì)選擇兩個(gè)相同的物體（如棋子），這不就是間接告訴中學(xué)生平面鏡所成的像與物大小相等嗎？違反了科學(xué)探究的基本原則，易使中學(xué)生產(chǎn)生“偽探究、編造探究數(shù)據(jù)”的不良實(shí)驗(yàn)習(xí)慣;
（2）實(shí)驗(yàn)中是人眼透過玻璃板觀察棋子B與棋子A的像重合，但是人眼透過玻璃觀察到的是棋子B的實(shí)像與棋子A的實(shí)像重合，這兒涉及光的折射與光的反射知識(shí)，因?yàn)槠遄覤反射的光可能沒有垂直入射到玻璃板上，造成棋子B與其實(shí)像會(huì)發(fā)生“側(cè)移”，因而會(huì)形成探究偏差;
（3）因?yàn)榘咨ＡО宕嬖谝欢ǖ拈L(zhǎng)度，其前后兩個(gè)面都還能對(duì)棋子A成像，這樣才會(huì)導(dǎo)致棋子A經(jīng)過玻璃板所成的像錯(cuò)位，除了不易比較像與物的大小關(guān)系，并且也不好檢測(cè)像與物到玻璃板之間的距離關(guān)系;
（4）因?yàn)槠遄颖旧聿皇枪庠矗由显谔骄繉?shí)驗(yàn)時(shí)常常是在課堂上，晚上光線有點(diǎn)強(qiáng)，棋子A經(jīng)過玻璃板所成的像較淡初中物理平面鏡成像，極不清楚，不易觀察像及像的位置，但是，有同學(xué)會(huì)借助手探照燈照射棋子A，使棋子A變亮，這樣棋子A的像，即棋子B都會(huì)變亮，這是錯(cuò)誤的做法，試想一下，你在照射棋子A的同時(shí)，光線會(huì)漫反射到整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的周圍，玻璃板也會(huì)變亮，這樣像可能會(huì)顯得更不清楚;
（5）有時(shí)會(huì)將棋子改成蠟燭，用燃起的蠟燭進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，這樣燭焰的色溫很清晰，而且蠟燭本身色溫偏暗，成像不夠清晰，有時(shí)侯會(huì)看不清楚;還有燃起蠟燭的燭焰極易遭到空氣流動(dòng)影響而影響實(shí)驗(yàn)過程，且燃起蠟燭不太安全，有時(shí)會(huì)無(wú)意弄倒，凍傷朋友，不符合安全操作規(guī)程.
3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及評(píng)價(jià)
3.1實(shí)驗(yàn)改進(jìn)1：“轉(zhuǎn)盤法”探究平面鏡成像的特征
實(shí)驗(yàn)器材：自制帶有棋盤的轉(zhuǎn)盤基座1個(gè)、完全相同的“1”字光源2個(gè)、茶色透明玻璃板1塊、稍大的方格紙1張、光屏1個(gè)等.
設(shè)計(jì)意圖：（1）借助自制帶有棋盤的轉(zhuǎn)盤基座來(lái)取代水平桌面，只要轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤就可以實(shí)現(xiàn)多次檢測(cè)，將多次改變物體（如棋子）位置轉(zhuǎn)化為改變平面鏡位置的方式，實(shí)現(xiàn)了多次優(yōu)化探究實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果;（2）從平面鏡成像特性的實(shí)驗(yàn)探究中，體會(huì)對(duì)稱美，感受科學(xué)探究的樂趣，培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，提高核心素質(zhì);（3）中學(xué)生的思維方法逐漸由具體形象思維向具象邏輯思維過渡，通過實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)具象概念的理解.
實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將稍大的方格紙平鋪在水平桌面上初中物理平面鏡成像，將轉(zhuǎn)盤基座放置在方格紙上，白色透明玻璃板矗立在棋盤中軸線上作為平面鏡，中軸線代表平面鏡的位置，如圖2所示，注意在較暗的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn).
（2）把一個(gè)“1”字光源置于玻璃板上面（可置于方格紙“+”位置），可以看見它在玻璃板前面的像.
（3）再拿另一個(gè)完全相同的“1”字光源，矗立在玻璃板后邊，漸漸聯(lián)通，直至聽到它跟上面那種“1”字光源的像完全重合，此位置就是玻璃板前“1”字光源的像的位置，分別在表格中記錄物體和像距離中軸線的“格數(shù)”，這樣除了可以得出像與物的大小關(guān)系，并且可以得出像與物到平面鏡的距離關(guān)系，像與物的連線與鏡面垂直關(guān)系.
（4）觀察玻璃板前的“1”字光源與玻璃板后的“1”字光源的左右關(guān)系，即像與目鏡面對(duì)稱，且左右相反.
（3）同樣的方式，在穿衣鏡前放置C積木與D積木，確保人單憑一只耳朵看D積木，卻看不到C積木與O積木的像（用記號(hào)筆標(biāo)記出C、D位置）;
（4）聯(lián)接AB、CD并延長(zhǎng)，相交點(diǎn)標(biāo)記為O1，此時(shí)O1位置即為O積木的像（用記號(hào)筆標(biāo)記出O1位置），如圖5所示;
（5）為了比較像與物的大小關(guān)系，從積木中選擇大小與形狀不同的積木置于像的位置，通過多次嘗試并比較，找到與O積木大小與形狀完全相同的積木能夠完全重合，這說明像與物大小是完全相同的;
（6）再用刻度尺檢測(cè)出像O1與物O分別到穿衣鏡的距離，得出像與物體到鏡面的距離相等;
（7）多次改變積木的位置，重復(fù)以上步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄并得出推論.
實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：“標(biāo)記物”法探究平面鏡成像的特性，運(yùn)用了平面鏡成像的原理：光的反射，通過畫圖法找到像的位置，中學(xué)生更容易理解平面鏡成的像是怎樣產(chǎn)生的，將科學(xué)探究與知識(shí)學(xué)習(xí)放在了同等地位;同時(shí)也明確了選擇兩個(gè)相同物體（如棋子）的緣由，防止了科學(xué)探究推論的碰巧性.只是將本實(shí)驗(yàn)方式作為新講課的話，中學(xué)生常常不理解為何要標(biāo)記積木位置？為何要聯(lián)接AB、CD并延長(zhǎng)，相交點(diǎn)標(biāo)記為O′？對(duì)中學(xué)生的思維跳躍要求很高，可能不符合中學(xué)生的認(rèn)知特征，不能因材施教，因而造成中學(xué)生對(duì)平面鏡成像形成學(xué)習(xí)障礙.
4結(jié)束語(yǔ)
日本現(xiàn)代教育家杜威提出了“在做學(xué)校”的教育思想，參與探究實(shí)驗(yàn)，并使探究實(shí)驗(yàn)更優(yōu)化的體驗(yàn)性學(xué)習(xí)，是一個(gè)富于一定挑戰(zhàn)性，也最有吸引力的動(dòng)手過程.對(duì)于“探究平面鏡成像的特性”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與評(píng)價(jià)，只要在教材基礎(chǔ)上突破思維定勢(shì)、善于剖析、勇于創(chuàng)新，親自參與探究實(shí)驗(yàn)，從問題的本質(zhì)去考慮，相信一定會(huì)收到意想不到的療效.
參考文獻(xiàn)：
[1]侯中柱."項(xiàng)目學(xué)習(xí)"在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)過程中的作用[J].教育實(shí)踐與研究（B），2017（12）：4-8.
[2]鄧蒙，楊為民.科學(xué)探究：平面鏡成像教學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新[J].化學(xué)教學(xué)闡述，2016，34（11）：30-32.
[3]侯中柱.對(duì)"估測(cè)大氣壓的值"實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與評(píng)價(jià)[J].小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考，2016，45（17）：49-51.
[4]史碩陽(yáng)，馮春雷.平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2011，28（06）：19+27.
[5]曾新基.平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].小學(xué)數(shù)學(xué)，2017，35（06）：27+37.