對一道初中光學(xué)試題的思考

胡琦珩

(武漢市七一中學(xué) 湖北 武漢 430014)

1 引言

武漢市硚口區(qū)2018-2019學(xué)年度第一學(xué)期期末考試剛剛落下帷幕，八年級物理試卷中的一道光學(xué)試題引起了筆者的注意.該題第3小問考查的是平面鏡成像的相關(guān)知識點，要求學(xué)生通過計算來確認(rèn)玻璃板的厚度.筆者通過比對區(qū)教研室給出的參考答案后認(rèn)為該題存在漏洞，容易造成學(xué)生思維上的混亂，也不利于學(xué)生創(chuàng)新精神和質(zhì)疑精神的培養(yǎng).

筆者將從多個方面來闡述對此題的看法，以小見大.

2 原卷試題及參考答案

該題出現(xiàn)在武漢市硚口區(qū)2018-2019學(xué)年度第一學(xué)期期末考試八年級物理試卷中，位于第21題.其原文如下.

【題目】某同學(xué)利用如圖1所示的實驗裝置探究平面鏡成像的特點.

圖1 探究平面鏡成像實驗裝置

(1)如圖1(a)所示，在水平桌面上鋪一張白紙，紙上豎立一塊透明薄玻璃板.把蠟燭a點燃放在玻璃板的前面，該同學(xué)應(yīng)在玻璃板________(選填“前面”或 “后面” )觀察蠟燭a經(jīng)玻璃板________(選填“反射”或“折射”)所成的像.

(2)實驗時，選用的蠟燭a和b的形狀完全相同，是為了比較像與物的________關(guān)系.用玻璃板代替平面鏡，成像雖然沒有平面鏡清晰，但能觀察到蠟燭________(選填“a”或“b”)，便于確定像的位置.以上實驗操作中，用到的物理方法是________(選填“控制變量法”“轉(zhuǎn)換法”或“等效替代法”)

(3)如圖1(b)所示，某同學(xué)使用厚玻璃板做實驗，在玻璃板后看到了兩個不重合的像，這兩個像之間的距離正好是8 mm，則該同學(xué)所用玻璃板的厚度為________mm.

區(qū)教研室給出的參考答案是：(1)前面；反射.(2)大小；b；等效替代法.(3)4.

關(guān)于第3小問，答案為4 mm，其解析為:蠟燭a發(fā)出的光經(jīng)過玻璃板前表面會發(fā)生反射現(xiàn)象，遂形成像a1，即a1與a關(guān)于玻璃板前表面對稱；當(dāng)a發(fā)出的光穿透玻璃板前表面到達后表面時，又會形成像a2，即a2與a關(guān)于玻璃板后表面對稱，故a1與a2之間的距離為玻璃板厚度的2倍，故板的厚度為4 mm.

該實驗的俯視圖如圖2所示，設(shè)a到玻璃板前表面距離為L1，玻璃板厚度為L，像點a1到玻璃板后表面的距離為L2.因為a和a1關(guān)于前表面對稱，故有等式(1)成立

L1=L+L2

(1)

又因為a和a2關(guān)于后表面對稱，故有等式(2)成立.

L1+L=L2+8

(2)

聯(lián)立式(1)和式(2)，利用代入消元法即可算出L=4 mm.

圖2 參考答案中給出的實驗俯視圖

3 筆者對該題的看法

在筆者看來，該答案和解析是不當(dāng)?shù)?

第一，事實上，該實驗中的俯視圖應(yīng)該如圖3所示.

圖3 筆者認(rèn)為的實驗俯視圖

入射光線ao1在玻璃板前表面同時發(fā)生反射和折射，反射光線o1b進入人眼后形成的虛像為a1，折射光線在玻璃板內(nèi)部到達玻璃板后表面時會再次反射到達前表面o2處，繼而折射光線o2c到空氣中，進入人眼后形成的虛像為a2.

從圖3中不難看出，像點a1與光源a關(guān)于玻璃板前表面對稱，而像點a2與光源a既不關(guān)于玻璃板前表面對稱又不關(guān)于后表面對稱.

學(xué)生利用簡單的數(shù)學(xué)知識不難證明反射光線o1b與折射光線o2c平行，但事實上a1與a2之間的距離取決于所用玻璃板材質(zhì)的折射率.換言之，a1與a2之間的距離和玻璃板厚度之間并沒有簡單的等量關(guān)系.對于一個八年級學(xué)生來說根本無法根據(jù)現(xiàn)有條件解出答案.

第二，在人教版八年級物理上冊課本第四章第4節(jié)的“動手動腦學(xué)物理”部分中，第2小題考察的內(nèi)容是要求學(xué)生作出一束光線斜射入玻璃磚后和離開玻璃磚后的光路圖[1]，如圖4所示.

圖4 八年級物理上冊課本截圖

在教師教學(xué)用書中給出該題的答案如圖5所示[2].

圖5 教師用書中給出的光路圖

從這點上來說，在人教版八年級物理上冊課本第四章光現(xiàn)象中，已經(jīng)明確提出了光的折射概念.即光在從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生偏折.尤其是光穿透較厚玻璃板時，學(xué)生腦海中的“折射”現(xiàn)象已經(jīng)根深蒂固.

第三，粗略地認(rèn)為像點a2與光源a關(guān)于玻璃板后表面對稱缺乏事實依據(jù).物理學(xué)是一門及其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，實事求是的科學(xué)探究精神是每一位物理教師致力培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)該具備的學(xué)科素養(yǎng).而武漢市第六十四中學(xué)的張思磊老師，武漢市第七十九中學(xué)的吳艷玲老師和武漢市博學(xué)中學(xué)的王孟暉老師等人都認(rèn)為在此題中要忽略光的折射現(xiàn)象.但這種處理問題的方式即不符實際，又會對學(xué)生起到誤導(dǎo)作用.

第四，強迫學(xué)生接受給出的答案，不利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).國家教育部在2018年1月頒布了《普通高中課程方案和全部學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)[3]，該《標(biāo)準(zhǔn)》明確凝練了物理核心素養(yǎng)的概念，要求學(xué)生要具有能夠獨立自主構(gòu)建模型的能力；并且能運用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個角度對相關(guān)問題進行嚴(yán)密的推理、找出普遍的規(guī)律、得出正確的結(jié)論，要具有科學(xué)研究意識，能自主在觀察和實驗中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理的猜想與假設(shè)，并能獨立設(shè)計探究方案和獲取證據(jù)的能力.能直視自然科學(xué)的本質(zhì)；對觀察物理現(xiàn)象、學(xué)習(xí)物理知識、研究物理問題等具有強大的好奇心和求知欲，能學(xué)會主動與他人積極合作并且尊重他人，有團隊精神，在團隊中正確并適當(dāng)?shù)匕l(fā)表自己的觀點與想法[4].

雖然這是適用于高中階段的課程標(biāo)準(zhǔn)，但是對初中階段的物理教學(xué)也有很強的指導(dǎo)意義.按照參考答案的理解方式就有悖于“獨立自主構(gòu)建模型”的要求，有悖于“嚴(yán)密推理、得出正確結(jié)論”的要求，有悖于“直視自然科學(xué)本質(zhì)”的要求.簡言之，強迫學(xué)生接受參考答案的解釋是有害于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的.

第五，即便采用“極限思維”的方法也有些許偏差和不妥.武漢市第六十三初級中學(xué)的曾小勇老師曾提出過用“極限思維”的方法來解該題，即當(dāng)光源a緊貼玻璃板前表面時，則像點a1與a重合，像點a2與a關(guān)于后表面對稱，故a1a2之間的距離為玻璃板厚度的兩倍便可求出答案.其成像情況如圖6所示.

圖6 光源緊貼玻璃板示意圖

在筆者看來，這種思想的確可以簡化解題過程，但也存在3點不當(dāng).其一，光源a形成的像點a2并不在圖6所示的a2處；其二，光源a與像點a1并不能完全重合；其三，實際實驗操作中并不能將光源貼至前表面.

4 結(jié)論及建議

本文從5個方面論述了對此試題的看法，總的來說，筆者認(rèn)為該題是一道答案與實際不相符的考題.如果出現(xiàn)的頻率越高，就越不利于學(xué)生良好思維的培養(yǎng).故筆者建議在日常教學(xué)和各種類型的考試中，應(yīng)當(dāng)杜絕這類題目的出現(xiàn).