“平面鏡成像”實驗的分析及改進

丘燕萍 黃樹清

摘 要：“平面鏡成像”實驗是初中生必做的學生探究性實驗，針對現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生形變導致實驗缺乏嚴謹性這兩個問題進行了分析，并基于這兩個問題自制電子蠟燭對實驗進行了改進，旨在進一步提高課堂教學效果。

關鍵詞：平面鏡成像;實驗;改進

學生核心素養的提升離不開有效的課堂教學，高質量的課堂教學效果離不開科學的實驗教學。“平面鏡成像”實驗是《義務教育物理課程標準》（2011版）要求的學生必做探究性實驗。現行初中物理教材呈現的實驗方案忽略了蠟燭燃燒的嚴謹性及安全性問題，同時實驗過程沒有體現探究性實驗的特點，忽略了學生的前概念。

基于以上情況，筆者對現行教材中實驗方案存在的問題稍作分析，并對實驗進行改進，意在提高課堂教學效果，進而培養學生的物理核心素養。

一、 平面鏡成像中蠟燭燃燒問題的分析及改進

筆者根據現行初中物理教材，針對“平面鏡成像”實驗中蠟燭燃燒的嚴謹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，按照現行教材上的實驗方案：實驗中準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系。這里存在一個問題，作為參照物的蠟燭經點燃之后就一直在燃燒，學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系。此時，作為參照物的蠟燭已經燃燒掉一部分，并且蠟淚也會導致作為參照物的蠟燭發生外形變化。因此，采用普通蠟燭進行實驗就缺乏嚴謹性，也難以在實驗中對學生滲透科學思維。另一方面，初中生比較活潑好動，蠟燭屬于危險物體，學生使用不當容易引起火災。

（二） 實驗改進

針對蠟燭點燃之后外形變化導致實驗不嚴謹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（內徑2cm）、紅色發光二極管、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，使燭焰模型（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，使二極管與電池穩穩連接。此時，燭焰已經亮起（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

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行實驗具有兩個普通蠟燭不具備的優點。第一，利用自制的電子蠟燭進行實驗很好地解決了上述分析的實驗探究時存在的不嚴謹問題，即不會因為燭淚等問題導致外形變化。第二，使用電子蠟燭進行實驗避免了一定的危險，解決了實驗容易導致火災等問題。

二、 平面鏡成像的“物遠像小”分析及改進

根據現行初中物理教科書，基于學生存在“物遠像小”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，初中生聯系生活實際很容易產生“物遠像小”的前概念。比如照鏡子時，人離鏡子遠了所成的像就變小了。實驗前，可以讓學生依據自己的想法和思路去設計實驗、探究問題，然后通過實驗得到像和物體等大與距離無關，從而消除前概念。但是，現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致學生下意識的“按部就班”，兩根完全相同的蠟燭如同變相地告訴學生像和物體的大小是相等的與距離無關。因此，在實驗過程中學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生的前概念問題。這就無法得知學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學生的科學探究能力。

（二） 實驗改進

針對現行教材采用完全相同的兩根蠟燭缺乏探究性，以及學生頭腦中存在“物遠像小”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膠水把有機玻璃板的前后兩側分別用2根木條進行固定，使之垂直桌面固定。

（2）取燭身高度為7cm的導通的電子蠟燭作為參照物，把參照物遠離玻璃板，在玻璃板的另一側用未導通的燭身高度為5cm的電子蠟燭去探究像與物體的關系。實驗現象如圖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，在玻璃板的另一側用未導通的燭身高度為8cm的電子蠟燭去探究像與物體的關系。實驗現象如圖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的導通的電子蠟燭作為參照物，把參照物先靠近再遠離玻璃板，在玻璃板的另一側用未導通的高度為7cm的電子蠟燭去探究像與物體的關系，重復實驗多次。實驗現象如圖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，未導通的電子蠟燭好像被導通了。

（三） 實驗改進小結

通過自制大小不同的電子蠟燭改進實驗，使實驗過程更具有探究性和嚴謹性，給學生提供了獨立思考的空間和條件，讓學生頭腦中“物遠像小”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，使用電子蠟燭進行實驗，實驗現象直觀明顯，給學生視覺上的強烈沖擊，課堂教學效果顯著提高。

三、 結語

采用自制的電子蠟燭進行實驗，課堂教學效果有了明顯提高，學生對蠟燭燃燒導致的不嚴謹性問題有了更深的認識，同時也培養了學生對教材以及對物理問題的質疑能力。在實驗過程中，學生基于自己“物遠像小”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，科學探究能力也進一步得到提升。此外，通過自制電子蠟燭，避免了點燃蠟燭散發的氣體對空氣的污染問題，同時也在細小的事情上培養學生愛護環境的科學態度。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[2]包紅英.再添兩支蠟燭效果更好——“平面鏡成像”案例分析[J].物理通報，2008（7）：54-55.

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

作者簡介：

丘燕萍，黃樹清，福建省福州市，福建師范大學物理與能源學院。