用輔助實驗突破“替代法”的教學(xué)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(xué),重慶 404700)

“替代法”是實驗中常用的方法，但學(xué)生學(xué)習(xí)時通常很難想到“替代法”，教學(xué)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(xué)生很難想得到，只能被動接受，不符合學(xué)生的認(rèn)知特點。

1 一道物理試題引發(fā)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(guān)

D. 沒有樹的倒影深

考試后全縣的統(tǒng)計結(jié)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(tǒng)計結(jié)果讓不少教師感到震驚：該題涉及生活常識，即使沒有學(xué)過物理，僅憑生活經(jīng)驗也知道水深與題目選項中的因素都毫無關(guān)系，但意想不到的是學(xué)過平面鏡成像的學(xué)生中還有約18.9%的選A。

針對以上結(jié)果，筆者猜想：平面鏡成像的實驗教學(xué)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(shè)計了如下習(xí)題在班上進行了測試和統(tǒng)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(xué)選B和C，結(jié)論表明筆者的猜想有一定的道理，因此在分組實驗之前創(chuàng)新設(shè)計了一個輔助實驗。

2 創(chuàng)新設(shè)計分析

2.1 課程標(biāo)準(zhǔn)要求

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(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(guān)系。知道平面鏡成像的特點及應(yīng)用。

在課程標(biāo)準(zhǔn)中凡是用“通過實驗”這一措辭陳述的知識內(nèi)容，都必須通過實驗來學(xué)習(xí)，為提高教學(xué)效果，教師還應(yīng)盡量創(chuàng)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(nèi)容，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)探究情境，激發(fā)學(xué)生探究欲望，要讓學(xué)生真正經(jīng)歷探究過程，不要在學(xué)生還沒有進行足夠的思考時草率得出結(jié)論。在科學(xué)探究中，教師不僅要讓學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)某些規(guī)律，還應(yīng)注重在探究過程中培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，提高學(xué)習(xí)興趣，增進對科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。根據(jù)課標(biāo)的要求，在分組實驗前創(chuàng)設(shè)情境、創(chuàng)新實驗設(shè)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(shè)計了表1用于記錄實驗數(shù)據(jù)；滬科版初中物理教材的實驗設(shè)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(dǎo)致學(xué)生在認(rèn)識上存在困惑。

圖4

表1

圖5

2.3 教學(xué)的欠缺

回顧大多數(shù)教師對平面鏡成像特點的教學(xué)情形，通常是按部就班根據(jù)教材的實驗方案進行實驗，完成教材上設(shè)計好的表格，直達目標(biāo)——“平面鏡成像的位置、大小、虛實”的特點。讓學(xué)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(jié)果，但把探究性實驗變成了驗證性實驗，不利于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，須對實驗教學(xué)進行創(chuàng)新設(shè)計。

3 創(chuàng)新設(shè)計過程及效果

在研究平面鏡成像規(guī)律的實驗中，讓學(xué)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(xué)生只能被動接受，即使完成了教學(xué)任務(wù)，部分學(xué)生還是沒有真正理解。如果教師在分組實驗前設(shè)計演示實驗，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)玻璃板的妙用，可以達到更高層次的教學(xué)目標(biāo)。

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(guī)律”的實驗教學(xué)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(xué)生都能觀察到瓶的虛像。先讓學(xué)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(fā)現(xiàn)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(xué)生感到疑惑時，老師將事先準(zhǔn)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(xué)生發(fā)現(xiàn)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(fā)動全體學(xué)生討論、交流，通過玻璃區(qū)域和平面鏡區(qū)域在成像過程中形成的鮮明對比，使學(xué)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(xué)生分發(fā)玻璃板，安排學(xué)生進行分組實驗。

4 結(jié)語

“替代法”是物理實驗中常用的方法之一，通常在為教學(xué)的順利完成搭建一座“橋”的同時，也為學(xué)生的理解挖了一個“坑”。所以，教學(xué)的關(guān)鍵是教師要利用好這座“橋”，讓學(xué)生繞過這個“坑”。在分組實驗前，應(yīng)該適當(dāng)創(chuàng)設(shè)新情境，創(chuàng)新輔助實驗，激發(fā)學(xué)生親自實驗的欲望，讓學(xué)生明白實驗設(shè)計的意圖，而這樣的創(chuàng)新演示實驗也能對分組實驗的教學(xué)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(xué)。由淺入深、由易到難、由簡到繁，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對象創(chuàng)造性地將教材中的知識點貫穿銜接。使學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)家相似的探究過程，主動獲取物理知識，領(lǐng)悟科學(xué)方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗科學(xué)探究的樂趣，養(yǎng)成勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。