平面镜成像实验的改进探究

    杨君太

    平面镜成像原理是初中光学的重点，也是一大难点，更是高频考点。课程标准要求学生通过实验探究的过程，归纳、总结出平面镜成像时像与物的关系；提高证据意识，养成实事求是的科学态度、批判、质疑的科学精神。

    教育学博士、浙江大学教育学院课程与学习科学系副主任、教授刘徽在2016年国家社会科学基金教育学一般课题的研究成果《大概念教学-素养导向的单元整体设计》 中强调：“素养导向体现在课堂转型上，重点就是要从教专家结论转向培养以创新为特征的专家思维。“在时代转型背景下我们不仅应该关心‘学什么’，还要关心‘怎么学’。”

    华东师范大学教育学所教授、博士生导师安桂清博士在《教材使用的研究视角与基本逻辑》 中强调：“如果说课程视角的教材使用强调对法定教材的依循，更接近于‘教教材’，而教学视角的教材使用则强调教师对教材的创造性修正，更接近于‘用教材教’。”教材起到的是引领作用，教师在教学过程中应充分挖掘教材的内涵。

    1、教材实验的局限性

    2024年人教版的八年级物理教材中 《探究平面镜成像的特点》的实验过程的叙述是这样的：“1、在桌面上铺一张纸，纸上竖立一块玻璃板，在纸上标记蜡烛和像的位置，测量蜡烛和像到平面镜的距离。2、移动点燃的蜡烛，多做几次实验。3、换用长度不同的蜡烛，再做几次实验。”总结出平面镜成像的规律：“像和物体到平面镜的距离相等，像和物体的连线与镜面垂直。”

    审视教材中的实验步骤，我们发现实验仅限于展示平面镜与桌面垂直这一特定情形。在这种情况下，物体与镜面的距离 （物距） 以及物体在镜中成像的位置 （像距）都是从桌面上进行测量的，而桌面以外的物距和像距并未被记录。在实际教学过程中，许多教师在讲授这一知识点时，往往仅依据教材中的实验结果，便引导学生归纳平面镜成像的规律。这种情况在优质课竞赛中也屡见不鲜；通过学科网、21世纪教育网、希沃等平台查看相关教学设计，也普遍呈现出类似的简化处理。

    该实验教学存在三个主要误区：首先，它未能充分揭示平面镜成像规律的普遍性。由于实验未涵盖镜面、物体与桌面不垂直时的成像情况，也未测量桌面外的像与物体到镜面的距离，导致无法绘制像与物体的连线，进而无法验证该连线是否与镜面垂直。这种仅限于镜面和物体垂直于桌面的单一实验设置，使得探究过程不完整，因此得出的平面镜成像规律应当附加条件“当镜面和物体与水平面垂直时”才更为准确。然而，即使在镜面和物体与水平面不垂直的情况下，平面镜成像规律依然适用。其次，教学方法倾向于直接传授专家的结论，而非引导学生理解专家的思维过程。最后，学生对平面镜成像规律的理解存在局限性，他们往往认为只有当玻璃和物体与桌面垂直时，平面镜成像规律才成立。这种片面的理解反映在习题解答中，当镜面和物体竖直放置时，大多数学生能够正确解答，但在其他放置方式下，能够正确作图的学生就相对较少。

    2、改进实验的方法

    针对平面镜成像规律的“像和物体到平面镜的距离相等，像和物体的连线与镜面垂直”的这两个结论的实验获取过程，江苏无锡曹平老师作出了很好的改进，但还有一些地方可以进一步优化和改进。

    实验器材：1大2小3块玻璃板、4个底部有磁片发光立体物体（两个等大，另外两个一大一小）、1个两边都固定有三角尺的U型卡、可调节角度的支架、白纸1张。这个支架可以放置上下、左右两块玻璃板，左右两块玻璃板所成的夹角可以从90° 到相互平行之间转变，也可以改变玻璃板和物体与桌面的角度，能测量桌面上及不在桌面上 （小于±90° ） 的像和物体到平面镜的距离，能体现像和物体的连线与镜面的垂直关系。放置发光体的位置底部有薄铁皮，方便固定发光体，且能把发光体和像体移动到不同位置。像的虚实判断方法与教材中的方法相同。

    实验步骤

    1、首先按照教材中的方法，将玻璃板垂直于桌面放置，用两个大小相同物体的其中一个作为物体，用另外三个物体分别放在像的位置，观察像与物的大小关系；测量物像5个不同点对应的像距和物距等数据（像距要减去玻璃厚度）、同时用U行卡上的三角尺的两个直角边观察像和物体的连线与镜面的垂直关系（像和物体左右同侧）；观察像是否能在光屏上呈现，判断像的虚实。做好各项记录。

    2、将玻璃板和发光体通过可调节支架调整为与桌面成一定角度（如±30°、±45°、±60° 等），进行多次实验。

    3、实验结果分析

    在经过多次从不同角度进行的实验后，我们进行了分析和总结：在玻璃板、物体与桌面之间存在不同角度和距离的情况下，成像与物体之间的关系始终遵循以下规律：成像的大小与物体大小相等，像和物体到平面镜的距离相等，成像与物体的连线与镜面垂直，且所成的像是虚像。基于这些观察，我们总结出了平面镜成像的基本规律。

    4、结论

    通过从多个角度和不同距离进行反复实验，我们成功地规避了结论的偶然性。这一过程不仅使学生能够更全面地掌握平面镜成像的原理，而且有助于培养他们的科学思维、探究精神以及探究方法。这样的实验设计避免了因实验条件的局限性而导致对科学规律的误解，防止了陷入单纯传授专家结论、教教材的教学模式，从而显著提升了教学效果。

    5、拓展实验

    1、把两块平面镜成像实验中所用的玻璃板成90° 角放置，将物体放在两块玻璃板之间，观察能成几个像，然后逐渐减小两块玻璃板的夹角至两块玻璃板平行，同时观察像的个数变化 （从3个像逐渐增多至无数个像）。提高学生学习兴趣。

    2、将物体或部分物体放置到玻璃之外，从不同角度观察是否成像或完整的像。

    3、将两块玻璃分成上下和左右两块放置，观察成像的情况。

    （作者单位：黔南州独山县第四中学）