“平面镜成像”实验的分析及改进

丘燕萍 黄树清

摘 要：“平面镜成像”实验是初中生必做的学生探究性实验，针对现行物理教材的实验方案采用两根完全相同的蜡烛使实验缺乏探究性以及蜡烛燃烧后发生形变导致实验缺乏严谨性这两个问题进行了分析，并基于这两个问题自制电子蜡烛对实验进行了改进，旨在进一步提高课堂教学效果。

关键词：平面镜成像;实验;改进

学生核心素养的提升离不开有效的课堂教学，高质量的课堂教学效果离不开科学的实验教学。“平面镜成像”实验是《义务教育物理课程标准》（2011版）要求的学生必做探究性实验。现行初中物理教材呈现的实验方案忽略了蜡烛燃烧的严谨性及安全性问题，同时实验过程没有体现探究性实验的特点，忽略了学生的前概念。

基于以上情况，笔者对现行教材中实验方案存在的问题稍作分析，并对实验进行改进，意在提高课堂教学效果，进而培养学生的物理核心素养。

一、 平面镜成像中蜡烛燃烧问题的分析及改进

笔者根据现行初中物理教材，针对“平面镜成像”实验中蜡烛燃烧的严谨性及安全问题提出了一些看法。

（一） 问题分析

普通蜡烛点燃之后燃烧是比较迅速的，按照现行教材上的实验方案：实验中准备两根完全一样的蜡烛，点燃其中一根蜡烛作为参照物，用另外一根不点燃的蜡烛去探究像与物体的关系。这里存在一个问题，作为参照物的蜡烛经点燃之后就一直在燃烧，学生用另外一根不点燃的蜡烛去探究平面镜成像的特点，前前后后不断地移动不点燃的蜡烛，寻找像的位置以及探究像和物体的大小关系。此时，作为参照物的蜡烛已经燃烧掉一部分，并且蜡泪也会导致作为参照物的蜡烛发生外形变化。因此，采用普通蜡烛进行实验就缺乏严谨性，也难以在实验中对学生渗透科学思维。另一方面，初中生比较活泼好动，蜡烛属于危险物体，学生使用不当容易引起火灾。

（二） 实验改进

针对蜡烛点燃之后外形变化导致实验不严谨及蜡烛燃烧的安全问题，笔者自制了一种电子蜡烛。

制作器材：普通塑料水管（内径2cm）、红色发光二极管、B6000胶水、烛焰模型、闪光纸、纽扣电池（2V）、圆形小磁铁（直径2mm）、硬纸片、美工刀。

自制过程：

（1）用美工刀把白色塑料水管裁成高度分别为5cm、7cm、8cm的空心圆柱体各2个，用闪光纸把裁好的塑料水管进行包装，使之外形不仅与蜡烛神似而且美观，作为电子蜡烛的烛身。

（2）把二极管塞进烛焰模型中，并在接口处用B6000胶水粘住。将硬纸片裁成半径为2cm的圆形纸片，在纸片中间打孔，使烛焰模型（里面粘着二极管）穿过硬纸片，硬纸片与烛焰模型紧紧卡住，作为蜡烛的上面部分（图1）。

（3）把二极管的两个接脚与纽扣电池连接，用两个小磁铁分别放在纽扣电池的两侧，使二极管与电池稳稳连接。此时，烛焰已经亮起（图2）。

（4）把做好的蜡烛的上面部分安在包装好的塑料水管上。这时，完成自制蜡烛（图3）。

（三） 小结

自制的电子蜡烛不仅与普通蜡烛神似而且美观，最重要的是利用自制的电子蜡烛进行实验具有两个普通蜡烛不具备的优点。第一，利用自制的电子蜡烛进行实验很好地解决了上述分析的实验探究时存在的不严谨问题，即不会因为烛泪等问题导致外形变化。第二，使用电子蜡烛进行实验避免了一定的危险，解决了实验容易导致火灾等问题。

二、 平面镜成像的“物远像小”分析及改进

根据现行初中物理教科书，基于学生存在“物远像小”的前概念，针对“平面镜成像”实验采用两根完全相同的蜡烛缺乏探究性提出了一些看法。

（一） 问题分析

对于平面镜成像的大小问题，初中生联系生活实际很容易产生“物远像小”的前概念。比如照镜子时，人离镜子远了所成的像就变小了。实验前，可以让学生依据自己的想法和思路去设计实验、探究问题，然后通过实验得到像和物体等大与距离无关，从而消除前概念。但是，现行教材大部分是提供两根完全相同的蜡烛，这就存在一个问题。两根完全相同的蜡烛会导致学生下意识的“按部就班”，两根完全相同的蜡烛如同变相地告诉学生像和物体的大小是相等的与距离无关。因此，在实验过程中学生独立思考的能力没有得到提升，同时也无声无息地忽视了学生的前概念问题。这就无法得知学生在头脑中是否建立起了正确的物理概念，也无法在实验中培养学生的科学探究能力。

（二） 实验改进

针对现行教材采用完全相同的两根蜡烛缺乏探究性，以及学生头脑中存在“物远像小”的前概念问题，笔者利用自制的电子蜡烛解决了此问题。

实验器材：30cm*20cm*0.1cm透明有机玻璃板、木条、B6000胶水、美工刀、自制的电子蜡烛（图3）、白纸。

实验过程：

（1）取0.8cm*0.8cm*20cm的木条4根，通过B6000胶水把有机玻璃板的前后两侧分别用2根木条进行固定，使之垂直桌面固定。

（2）取烛身高度为7cm的导通的电子蜡烛作为参照物，把参照物远离玻璃板，在玻璃板的另一侧用未導通的烛身高度为5cm的电子蜡烛去探究像与物体的关系。实验现象如图4所示，烛身高度为5cm的电子蜡烛始终无法与像重合，像比蜡烛高出一截，烛焰似乎飘在上方。

（3）取烛身高度为7cm的导通的电子蜡烛作为参照物，把参照物靠近玻璃板，在玻璃板的另一侧用未导通的烛身高度为8cm的电子蜡烛去探究像与物体的关系。实验现象如图5所示，烛身高度为8cm的电子蜡烛也始终无法与像重合，像似乎在烛身里面。

（4）取烛身高度为7cm的导通的电子蜡烛作为参照物，把参照物先靠近再远离玻璃板，在玻璃板的另一侧用未导通的高度为7cm的电子蜡烛去探究像与物体的关系，重复实验多次。实验现象如图6所示，烛身高度为7cm的电子蜡烛总是能与像完美重合。此时，未导通的电子蜡烛好像被导通了。

（三） 实验改进小结

通过自制大小不同的电子蜡烛改进实验，使实验过程更具有探究性和严谨性，给学生提供了独立思考的空间和条件，让学生头脑中“物远像小”的前概念问题得到了更好地解决，建立起正确的物理观念。其次，使用电子蜡烛进行实验，实验现象直观明显，给学生视觉上的强烈冲击，课堂教学效果显著提高。

三、 结语

采用自制的电子蜡烛进行实验，课堂教学效果有了明显提高，学生对蜡烛燃烧导致的不严谨性问题有了更深的认识，同时也培养了学生对教材以及对物理问题的质疑能力。在实验过程中，学生基于自己“物远像小”的猜想制定方案，最后通过实验消除了头脑中的前概念，使学生头脑中的错误观念得到了改正，建立起了正确的物理观念，科学探究能力也进一步得到提升。此外，通过自制电子蜡烛，避免了点燃蜡烛散发的气体对空气的污染问题，同时也在细小的事情上培养学生爱护环境的科学态度。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

[2]包红英.再添两支蜡烛效果更好——“平面镜成像”案例分析[J].物理通报，2008（7）：54-55.

[3]谌华生.关于“探究平面镜成像的特点实验中是否应用两支相同的蜡烛”的论述[J].中学物理，2016，34（22）：51-52.

作者简介：

丘燕萍，黄树清，福建省福州市，福建师范大学物理与能源学院。