初中物理實驗教學創新與應用研究

陳永安

【摘要】物理是一門以實驗為基礎的學科，開展實驗創新能有效培養學生的創新思維和學科素養。本文以平面鏡成像實驗的改進與創新為例談談初中物理實驗教學的創新與應用。

【關鍵詞】初中物理;平面鏡;成像實驗;改進與創新

平面鏡成像實驗在初中光學知識中的地位非常重要，是學生在掌握了光的直線傳播和光的反射規律后，進一步對平面鏡成像特點和規律進行科學探究，并初步建立了虛像的概念。在探究平面鏡成像特點實驗教學過程中，學生由于受到前面所學的概念的影響、實驗方法儲備不夠或者器材裝置的局限，在實驗設計、操作及技巧方面還存在許多不足。對平面鏡成像實驗進行科學改良、優化創新，有利于彌補實驗裝置的缺憾，促使實驗效果更直觀、操作更簡便，從而讓學生更直接地從感性認識上升到理性探究，最終順利形成實驗的完整結論。下面，筆者談談對平面鏡成像實驗的改進思路，以及在課堂教學中的一些應用心得。

一、教材實驗回顧

（一）實驗回顧

教材實驗是通過透明的玻璃板代替平面鏡來觀察成像情況，兩個相同的蠟燭比較像與物大小關系，用刻度尺測量比較像與物到平面鏡距離關系，最后證明平面鏡成像為虛像。

（二）實驗的評價

1.實驗觀察者位置不固定

實驗過程中，為了觀察蠟燭所成的像，實驗者應該在A蠟燭位置透過玻璃板察看到A蠟燭的像，從而確定像的位置關系。實驗者為了證明平面鏡成的是虛像，又應直接觀察鏡后放置的光屏是否有A蠟燭的像，因此，實驗觀察者要不斷地改變觀察位置，轉換觀察對象，否則容易產生視覺錯誤。

2.實驗容易出現重影

實驗過程中，學生們總是會發現玻璃板后面有兩個像，最終會使測量物體（蠟燭A）到平面鏡的距離與像（蠟燭B）的距離相差較大。產生這種現象的原因是實驗用的玻璃板存在一定的厚度，玻璃板前后兩個表面反射光線形成兩個像，影響了學生探究平面鏡成像特點的歸納與總結，使探究實驗產生的誤差較大，進而學生對科學實驗產生質疑。

3.蠟燭光線不足、穩定性差，高度會隨燃燒改變

實驗中玻璃板所成的像亮度明顯較弱，如果將教室的窗簾拉上，使教室環境變暗，則又會導致觀察者很難透過玻璃板看清蠟燭B。同時，蠟燭A在燃燒過程中高度會不斷地變矮，用等效替代法就不好判斷像和物的大小關系，這一系列原因會使實驗效果變差。

4.測量像到鏡面距離與物體到鏡面距離過程復雜

比較像到鏡面距離與物體到鏡面距離的關系時，由于蠟燭的形狀、刻度尺的擺放等原因容易導致實驗數據誤差較大，很難準確得出像和物到平面鏡的真實距離。這一測量操作必須要最后實驗環節進行，所以不能與其它成像特點同時得出結論，實驗結論的連貫性不強。

二、實驗創新與改進

（一）實驗改進1：360度可觀察平臺

在實驗展臺上安裝可旋轉的轉盤（可網上購買），在實驗探究時，可根據實驗需要旋轉展臺使學生能從不同角度觀察到平面鏡成像的特點，避免觀察者多次來回走動觀察。

（二）實驗改進2：塑料廣告玻璃代替普通玻璃板

可用塑料廣告玻璃代替普通玻璃板。塑料玻璃具有厚度薄、質量輕、不易摔破和透光性好的特點，可以有效避免因玻璃厚度問題產生的重影現象，成像會更清晰，更方便學生比較像的特點。

（三）實驗改進3：皇冠帽閃爍彩色LED光源代替蠟燭

帶有彩色閃爍LED燈的皇冠帽，相當于有多個光源在同時進行實驗。LED燈比蠟燭火焰更穩定、光線更強，閃爍發光可交替觀察像點和鏡后面物體的位置，實驗現象更明顯、更有趣味性，實驗效果會大大增強。皇冠帽上每個彩燈顏色和高度都是不同的，這樣兩個皇冠帽相當于有多個高度不同的光源同時進行實驗比較，比直接采用兩個高度相同的光源來直接驗證結論更具有科學探究性。

（四）實驗改進4：同步刻度尺

展臺底座玻璃一側有刻度尺（可移動），當光源位置改變時，移動玻璃后面的物體，刻度尺同時會移動，可同步顯示光源和像到鏡面的距離，讓實驗者快速讀出像和物體到鏡面距離，簡化實驗操作并且有效減小因光源形狀問題導致的實驗誤差，學生也能更容易找出像和物體到鏡面距離關系。

三、創新實驗課堂應用

（一）器材準備：同樣大小的皇冠（帶有彩色的LED燈）、蠟燭1支、杯子（裝有藍色的水）、一塊塑料玻璃板、火柴、旋轉平臺、棋盤方格紙以及兩把相同的刻度尺。

（二）實驗過程

1.創設情境，引入新課

教師利用“杯中燭焰”實驗導入新課，提出問題：“為什么我們會看到水里的蠟燭燃燒起來？”課堂以神奇有趣的小實驗引入新課，學生學習熱情馬上被點燃，同時為“平面鏡成虛像”結論埋下伏筆。

2.實驗過程

（1）進行猜想

結合學生生活中照鏡子的體驗，對平面鏡成像特點進行猜想，學生很容易會猜想到物與像大小可能相等、物與像左右可能相反、像到鏡面的距離與物到鏡面的距離可能相等。

（2）設計實驗及實驗的改進

根據猜想，教師引導學生設計實驗，重點在如何探究物與像的大小關系、像與物到鏡面的關系，并引導學生選用合適的器材，如兩支等大的蠟燭、透明的玻璃板和刻度尺等。教師根據最初的實驗設計先進行課堂演示實驗，向學生展示實驗效果并不理想。接著，教師引導學生根據教材實驗的不足進行實驗改良創新：①實驗中創新采用薄的塑料玻璃代替平面玻璃，可以避免由于平面鏡的厚度導致的重影現象;②用蠟燭做實驗時間長了，由于蠟燭燃燒會造成兩根蠟燭長短不同，可用LED燈代替，這樣成像效果更好;③在平面鏡兩邊平面位置貼上方格紙（棋盤格），并在木板平面邊緣貼身刻度尺，這樣學生就很容易確定像的位置，并能直接讀出或者比較出像和物到平面鏡的距離，方便省時;④實驗時可以把木板放在轉盤上或在木板下面安個轉軸（旋轉平臺），讓木板轉動。學生看見玻璃板后面并沒有點燃的蠟燭，用光屏在玻璃板的后面前后移動去接像，光屏上接不到像;木板再轉回去，又看見了蠟燭的像，并不是因為不透明的白紙板擋在中間而看不見像以證明了平面鏡成的像是虛像，學生也明白了“水中燭焰”的原理。

（3）進行實驗，分析論證得出結論

經過改進和創新后，實驗探究過程變得更簡便易懂。通過合作交流，學生很順利地進行實驗與收集證據，完成對實驗數據的分析與論證，最后得出結論。

（三）實驗反思與評價

改進后的器材能用多個光源同時進行實驗，并且學生能很方便地確定像的位置，迅速地比較或讀出物和像到平面鏡的距離，操作方便，實驗效果較好，也節省時間。但是，改進后的實驗省去了定點、連線、測距的步驟，是否會影響學生動手的操作能力？另外，改進后的實驗減少了許多實驗的不利因素（如重影、光源亮度等）的影響，學生忽視了實驗過程中各種細節問題，是否會影響學生考試成績？這些問題都是值得我們繼續探討。

四、結束語

綜上所述，在實驗教學中對實驗進行科學改良、優化創新，有利于彌補實驗裝置的缺憾和實驗設計的不足，促使實驗效果更直觀、操作更簡便。從課堂反饋情況和課后檢測數據分析，改進和創新后的實驗教學效果優于傳統的課堂教學。尤其在增強實驗現象、提高實驗的趣味性和培養學生的創新思維等方面，經過課堂上反復實踐，效果很明顯。

責任編輯? 溫鐵雄