初中物理实验教学创新与应用研究

陈永安

【摘要】物理是一门以实验为基础的学科，开展实验创新能有效培养学生的创新思维和学科素养。本文以平面镜成像实验的改进与创新为例谈谈初中物理实验教学的创新与应用。

【关键词】初中物理;平面镜;成像实验;改进与创新

平面镜成像实验在初中光学知识中的地位非常重要，是学生在掌握了光的直线传播和光的反射规律后，进一步对平面镜成像特点和规律进行科学探究，并初步建立了虚像的概念。在探究平面镜成像特点实验教学过程中，学生由于受到前面所学的概念的影响、实验方法储备不够或者器材装置的局限，在实验设计、操作及技巧方面还存在许多不足。对平面镜成像实验进行科学改良、优化创新，有利于弥补实验装置的缺憾，促使实验效果更直观、操作更简便，从而让学生更直接地从感性认识上升到理性探究，最终顺利形成实验的完整结论。下面，笔者谈谈对平面镜成像实验的改进思路，以及在课堂教学中的一些应用心得。

一、教材实验回顾

（一）实验回顾

教材实验是通过透明的玻璃板代替平面镜来观察成像情况，两个相同的蜡烛比较像与物大小关系，用刻度尺测量比较像与物到平面镜距离关系，最后证明平面镜成像为虚像。

（二）实验的评价

1.实验观察者位置不固定

实验过程中，为了观察蜡烛所成的像，实验者应该在A蜡烛位置透过玻璃板察看到A蜡烛的像，从而确定像的位置关系。实验者为了证明平面镜成的是虚像，又应直接观察镜后放置的光屏是否有A蜡烛的像，因此，实验观察者要不断地改变观察位置，转换观察对象，否则容易产生视觉错误。

2.实验容易出现重影

实验过程中，学生们总是会发现玻璃板后面有两个像，最终会使测量物体（蜡烛A）到平面镜的距离与像（蜡烛B）的距离相差较大。产生这种现象的原因是实验用的玻璃板存在一定的厚度，玻璃板前后两个表面反射光线形成两个像，影响了学生探究平面镜成像特点的归纳与总结，使探究实验产生的误差较大，进而学生对科学实验产生质疑。

3.蜡烛光线不足、稳定性差，高度会随燃烧改变

实验中玻璃板所成的像亮度明显较弱，如果将教室的窗帘拉上，使教室环境变暗，则又会导致观察者很难透过玻璃板看清蜡烛B。同时，蜡烛A在燃烧过程中高度会不断地变矮，用等效替代法就不好判断像和物的大小关系，这一系列原因会使实验效果变差。

4.测量像到镜面距离与物体到镜面距离过程复杂

比较像到镜面距离与物体到镜面距离的关系时，由于蜡烛的形状、刻度尺的摆放等原因容易导致实验数据误差较大，很难准确得出像和物到平面镜的真实距离。这一测量操作必须要最后实验环节进行，所以不能与其它成像特点同时得出结论，实验结论的连贯性不强。

二、实验创新与改进

（一）实验改进1：360度可观察平台

在实验展台上安装可旋转的转盘（可网上购买），在实验探究时，可根据实验需要旋转展台使学生能从不同角度观察到平面镜成像的特点，避免观察者多次来回走动观察。

（二）实验改进2：塑料广告玻璃代替普通玻璃板

可用塑料广告玻璃代替普通玻璃板。塑料玻璃具有厚度薄、质量轻、不易摔破和透光性好的特点，可以有效避免因玻璃厚度问题产生的重影现象，成像会更清晰，更方便学生比较像的特点。

（三）实验改进3：皇冠帽闪烁彩色LED光源代替蜡烛

带有彩色闪烁LED灯的皇冠帽，相当于有多个光源在同时进行实验。LED灯比蜡烛火焰更稳定、光线更强，闪烁发光可交替观察像点和镜后面物体的位置，实验现象更明显、更有趣味性，实验效果会大大增强。皇冠帽上每个彩灯颜色和高度都是不同的，这样两个皇冠帽相当于有多个高度不同的光源同时进行实验比较，比直接采用两个高度相同的光源来直接验证结论更具有科学探究性。

（四）实验改进4：同步刻度尺

展台底座玻璃一侧有刻度尺（可移动），当光源位置改变时，移动玻璃后面的物体，刻度尺同时会移动，可同步显示光源和像到镜面的距离，让实验者快速读出像和物体到镜面距离，简化实验操作并且有效减小因光源形状问题导致的实验误差，学生也能更容易找出像和物体到镜面距离关系。

三、創新实验课堂应用

（一）器材准备：同样大小的皇冠（带有彩色的LED灯）、蜡烛1支、杯子（装有蓝色的水）、一块塑料玻璃板、火柴、旋转平台、棋盘方格纸以及两把相同的刻度尺。

（二）实验过程

1.创设情境，引入新课

教师利用“杯中烛焰”实验导入新课，提出问题：“为什么我们会看到水里的蜡烛燃烧起来？”课堂以神奇有趣的小实验引入新课，学生学习热情马上被点燃，同时为“平面镜成虚像”结论埋下伏笔。

2.实验过程

（1）进行猜想

结合学生生活中照镜子的体验，对平面镜成像特点进行猜想，学生很容易会猜想到物与像大小可能相等、物与像左右可能相反、像到镜面的距离与物到镜面的距离可能相等。

（2）设计实验及实验的改进

根据猜想，教师引导学生设计实验，重点在如何探究物与像的大小关系、像与物到镜面的关系，并引导学生选用合适的器材，如两支等大的蜡烛、透明的玻璃板和刻度尺等。教师根据最初的实验设计先进行课堂演示实验，向学生展示实验效果并不理想。接着，教师引导学生根据教材实验的不足进行实验改良创新：①实验中创新采用薄的塑料玻璃代替平面玻璃，可以避免由于平面镜的厚度导致的重影现象;②用蜡烛做实验时间长了，由于蜡烛燃烧会造成两根蜡烛长短不同，可用LED灯代替，这样成像效果更好;③在平面镜两边平面位置贴上方格纸（棋盘格），并在木板平面边缘贴身刻度尺，这样学生就很容易确定像的位置，并能直接读出或者比较出像和物到平面镜的距离，方便省时;④实验时可以把木板放在转盘上或在木板下面安个转轴（旋转平台），让木板转动。学生看见玻璃板后面并没有点燃的蜡烛，用光屏在玻璃板的后面前后移动去接像，光屏上接不到像;木板再转回去，又看见了蜡烛的像，并不是因为不透明的白纸板挡在中间而看不见像以证明了平面镜成的像是虚像，学生也明白了“水中烛焰”的原理。

（3）进行实验，分析论证得出结论

经过改进和创新后，实验探究过程变得更简便易懂。通过合作交流，学生很顺利地进行实验与收集证据，完成对实验数据的分析与论证，最后得出结论。

（三）实验反思与评价

改进后的器材能用多个光源同时进行实验，并且学生能很方便地确定像的位置，迅速地比较或读出物和像到平面镜的距离，操作方便，实验效果较好，也节省时间。但是，改进后的实验省去了定点、连线、测距的步骤，是否会影响学生动手的操作能力？另外，改进后的实验减少了许多实验的不利因素（如重影、光源亮度等）的影响，学生忽视了实验过程中各种细节问题，是否会影响学生考试成绩？这些问题都是值得我们继续探讨。

四、结束语

综上所述，在实验教学中对实验进行科学改良、优化创新，有利于弥补实验装置的缺憾和实验设计的不足，促使实验效果更直观、操作更简便。从课堂反馈情况和课后检测数据分析，改进和创新后的实验教学效果优于传统的课堂教学。尤其在增强实验现象、提高实验的趣味性和培养学生的创新思维等方面，经过课堂上反复实践，效果很明显。

责任编辑  温铁雄