《平面镜成像》教学的高端备课

宗先汉　邢红军

摘 要：通过对现行“人教版”初中物理教材《平面镜成像》一节的分析，指出其中存在的问题与不足，然后从高端备课的视角，以科学方法为主线进行新的教学设计，最后给出几点启示。

关键词：平面镜成像；高端备课；科学方法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）10（S）-0066-3

《平面镜成像》在初中物理教材中是继《光的直线传播》、《光的反射》之后的重点内容，如何在平面镜教学中揭示本质，是初中光学教学的重要问题。因此，以高端备课的视角，对《平面镜成像》进行新的教学设计，以期对这节课的教学有所启迪。

1 现行教材中的问题

现行“人教版”教材通过给出生活中有趣的倒影激发学生的兴趣，引导学生去探究平面镜成像的特点，并由学生实验探究得出平面镜成像的特点：“像的大小与物体的大小相等，像和物体到平面镜的距离相等，像和物体的连线与镜面垂直”。随后借助图像来给出虚像的概念，最后给出几则应用实例。

教材从平面镜成像特点到虚像再到应用，依次呈现，基本符合学生的认知规律，并体现了教材层次清楚、严谨的传统。但进一步研究发现，教材中平面镜成虚像的图像仅仅表达了成像的原理，并没有给出平面镜成像作图的步骤，对平面镜成像内涵亦未加以体现，这容易造成学生知识零散、认识肤浅、逻辑混乱。

究其原因，主要是在教材编写上对初中生的物理学习能力与认知水平缺乏足够的估计。教材编写既想利用光路图又怕知识过难﹑过深的心理显而易见，从而导致了对平面镜成像知识的处理投鼠忌器。由于光是“看得见摸不着的”，这就决定了教学中要充分利用光路图来帮助学生理解光学知识。

造成以上现象更深层次的原因还在于，教材虽然注重了学生学习平面镜成像特点与虚像的知识，但却忽视了对作图法等科学方法的显性教育。而作图法对于学生全面而深刻的理解平面镜成像知识，建构平面镜成像的认知结构，培养物理能力发挥着不可替代的作用。基于此，对“平面镜成像”教学做了如下设计：

2 平面镜成像的教学设计

如图1所示，从“平面镜成像的本质”到“平面镜成像的科学方法”再到“平面镜的应用”，可以说是一条清晰而完整的教学逻辑。如其能在教学中予以体现，就能有效避免知识零散化，认识肤浅化，逻辑混乱化的问题。

图1 教学设计

2.1 平面镜成像的本质

平面镜为什么能成像？教材并没有给出解释。授课伊始，教师就应当指出平面镜成像的原因是光发生了镜面反射，所体现的物理本质是光的反射，应用的规律是光的反射定律，如图2所示。从光的反射到镜面反射再到平面镜成像是一条逻辑路线，体现了教学逐渐深入的逻辑流程。这样就能使学生认识到平面镜成像应该用光的反射定律来解释，从而在教学中将知识串联起来。

图2 平面镜成像本质

2.2 平面镜成像的科学方法

研究表明，用科学方法来表达物理教学的逻辑更符合物理教学规律与学生的认知规律。因此，“平面镜成像”的科学方法就构成了本节教学脉络的中心环节。

图3 科学方法

如图3所示，“实验法”与“作图法”两种科学方法是展开本节课的枢纽。我们发现，“实验法”与“作图法”对于认知发展处于从具体运算向形式运算过渡的初中生具有重要区别。处于具体运算水平的学生需要借助具体的事物来理解与学习，而处于形式运算水平的学生则可以借助符号化的语言，通过演绎与推理来理解与学习。所以处理好具体与抽象的关系就成为教学成败的关键。

基于此，《平面镜成像》一节应首先通过实验法探究平面镜成像的特点。在教学中要充分体现实验探究的过程，其过程如下：

①在桌上铺一张白纸，用铁皮夹子夹住平板玻璃，放在白纸上，然后沿着玻璃板在纸上画一条直线，代表平面镜的位置。

②把一支点燃的蜡烛放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像。

③再拿一支没有点燃的同样的蜡烛，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟前面那支蜡烛的像完全重合。这个位置就是前面那支蜡烛的像位置。

④在纸上记下这两个位置。实验时注意观察蜡烛的大小和它的像的大小是否相同，将书放在像的位置，观察书上有无图像。移动点燃的蜡烛，多次重复实验。

⑤用直线把每次实验中蜡烛和它的像的位置连起来，用刻度尺测量它们到平面镜的距离，记录实验数据。通过分析收集到的数据来验证自己的猜想，总结出平面镜成像特点的规律。

学生通过实验法得出平面镜成像的特点与平面镜所成的像为虚像，从而增加了对平面镜的感性认识。但是教学不能止步于此，在实验探究得出结论之后，应进一步应用作图法阐明平面镜成像的原理。如图4所示，作图步骤如下：

①过S点任意引入一条入射光线SA，根据反射定律，画出法线，作出反射光线AC。

②虽然光线AC进入人的眼睛，但由于光的直线传播经验，人会感觉光是从平面镜后面发出的，因此需要延长反射光线AC。因这光线并不是实际光线，所以用虚线来表示。

图4 作图法

③过S点再任意引入另一条入射光线SB，根据反射定律，画出法线，作出反射光线BD。

④同理，延长反射光线BD，用虚线来表示。这时两条反射光线的延长线交于一点S'。这时教师可以告诉学生S'就是S点的像。由于S'不是实际光线汇聚而成的，所以是虚像。

⑤连接S与S'，交于平面镜的点为O。用刻度尺测量得物S到平面镜的距离SO等于像S'到平面镜的距离S'O，用量角器测量得连线SS'垂直于镜面。

⑥发光的蜡烛可以看成由许多发光点组成，每个发光点在平面镜中都有一个像点，这些像点就组成蜡烛的像，说明像与物体等大，蜡烛的像也是虚像的特点。

至此，通过作图法得出的平面镜成像特点与实验法得出的平面镜成像特点完全一致，不仅验证了作图法的正确性，而且促进了学生认知水平的发展。

2.3 平面镜的应用

在平面镜教学中，应当进一步通过平面镜的应用，促进学生对平面镜的理解。比如：可以提出这样一个问题——在两个互相垂直的平面镜前的物体能成几个像？

学生按照平面镜成像的知识猜想：成两个像。但结果是不是那样呢？通过实验法观测发现，当两平面镜夹角为90°时，成像个数为三个。这一结果引起了学生的认知冲突，激发了学生的探究热情。老师可以鼓励学生用作图法作出成像的光路图。

进一步，教师可以给学生布置一个课外作业：探究两个平面镜成像个数与夹角的关系？学生可以通过实验法，探究归纳出成像数与镜间夹角之间的关系，如表1所示。

表1 成像数与夹角关系

最后教师可以提出一种特殊情况：当两平面镜互相平行时，成像个数有多少？从而引发学生思考。此时理论上成像数目为无穷多，但由于像会逐渐变暗，实际中只能看到有限数量的像。如图5所示，从一个像到三个像再到多个像最后到无穷个像，通过逐步深化学生的认识，使学生体会平面镜成像学习的乐趣。

图5 像的变化

3 高端备课的启示

3.1 按照科学方法的逻辑进行教学设计

实验法与作图法作为本节授课的两种科学方法，在本节课的教学中起着主线的作用。在教学设计中，我们按照这两种方法所展示的思路去组织教材，安排平面镜成像的教学进程，从而把科学方法体现在平面镜成像的认知过程中，这样就符合了科学方法教育的逻辑顺序。以实验法与作图法为中心展开教学设计，不仅使平面镜成像知识结构化，更是对科学方法进行了显性教学，有利于学生物理能力的提升。

3.2 遵循从具体到抽象的物理教学原则

在本节课中，实验法所体现的是具体的平面镜成像现象，而作图法则更多的表现了平面镜成像原理。在教学中，先通过实验法让学生探究成像特点，再通过作图法阐述成像的原理，最终两者所表达的物理知识却是相同的，这就实现了平面镜成像教学从具体到抽象的认识过程，促进了学生的认知水平发展。

3.3 应用原始物理问题促进知识的应用

本节课中提出的两平面镜相交成像的原始物理问题就是平面镜成像知识很好的应用案例。通过让学生先研究简单的两垂直平面镜的成像情况，再推广到两平面镜夹角为任意的情况，最后提出两平行平面镜间成像的情况，从而引发学生深入思考。这不仅巩固了平面镜的相关知识，而且起到了激发学生学习兴趣的作用。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心.义务教育教科书，物理八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]张同恂，乔际平.初中物理教材分析和研究[M].北京：人民教育出版社，1988.

[3]邢红军，陈清梅.论中学物理教学中的科学方法教育[J].中国教育学刊，2005，（8）：33.

[4]罗伯特·埃里希著，刘站存，高新红译.物理演示实验集锦[M].北京：首都师范大学出版社，2011.

（栏目编辑 邓 磊）

至此，通过作图法得出的平面镜成像特点与实验法得出的平面镜成像特点完全一致，不仅验证了作图法的正确性，而且促进了学生认知水平的发展。

2.3 平面镜的应用

在平面镜教学中，应当进一步通过平面镜的应用，促进学生对平面镜的理解。比如：可以提出这样一个问题——在两个互相垂直的平面镜前的物体能成几个像？

学生按照平面镜成像的知识猜想：成两个像。但结果是不是那样呢？通过实验法观测发现，当两平面镜夹角为90°时，成像个数为三个。这一结果引起了学生的认知冲突，激发了学生的探究热情。老师可以鼓励学生用作图法作出成像的光路图。

进一步，教师可以给学生布置一个课外作业：探究两个平面镜成像个数与夹角的关系？学生可以通过实验法，探究归纳出成像数与镜间夹角之间的关系，如表1所示。

表1 成像数与夹角关系

最后教师可以提出一种特殊情况：当两平面镜互相平行时，成像个数有多少？从而引发学生思考。此时理论上成像数目为无穷多，但由于像会逐渐变暗，实际中只能看到有限数量的像。如图5所示，从一个像到三个像再到多个像最后到无穷个像，通过逐步深化学生的认识，使学生体会平面镜成像学习的乐趣。

图5 像的变化

3 高端备课的启示

3.1 按照科学方法的逻辑进行教学设计

实验法与作图法作为本节授课的两种科学方法，在本节课的教学中起着主线的作用。在教学设计中，我们按照这两种方法所展示的思路去组织教材，安排平面镜成像的教学进程，从而把科学方法体现在平面镜成像的认知过程中，这样就符合了科学方法教育的逻辑顺序。以实验法与作图法为中心展开教学设计，不仅使平面镜成像知识结构化，更是对科学方法进行了显性教学，有利于学生物理能力的提升。

3.2 遵循从具体到抽象的物理教学原则

在本节课中，实验法所体现的是具体的平面镜成像现象，而作图法则更多的表现了平面镜成像原理。在教学中，先通过实验法让学生探究成像特点，再通过作图法阐述成像的原理，最终两者所表达的物理知识却是相同的，这就实现了平面镜成像教学从具体到抽象的认识过程，促进了学生的认知水平发展。

3.3 应用原始物理问题促进知识的应用

本节课中提出的两平面镜相交成像的原始物理问题就是平面镜成像知识很好的应用案例。通过让学生先研究简单的两垂直平面镜的成像情况，再推广到两平面镜夹角为任意的情况，最后提出两平行平面镜间成像的情况，从而引发学生深入思考。这不仅巩固了平面镜的相关知识，而且起到了激发学生学习兴趣的作用。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心.义务教育教科书，物理八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]张同恂，乔际平.初中物理教材分析和研究[M].北京：人民教育出版社，1988.

[3]邢红军，陈清梅.论中学物理教学中的科学方法教育[J].中国教育学刊，2005，（8）：33.

[4]罗伯特·埃里希著，刘站存，高新红译.物理演示实验集锦[M].北京：首都师范大学出版社，2011.

（栏目编辑 邓 磊）

至此，通过作图法得出的平面镜成像特点与实验法得出的平面镜成像特点完全一致，不仅验证了作图法的正确性，而且促进了学生认知水平的发展。

2.3 平面镜的应用

在平面镜教学中，应当进一步通过平面镜的应用，促进学生对平面镜的理解。比如：可以提出这样一个问题——在两个互相垂直的平面镜前的物体能成几个像？

学生按照平面镜成像的知识猜想：成两个像。但结果是不是那样呢？通过实验法观测发现，当两平面镜夹角为90°时，成像个数为三个。这一结果引起了学生的认知冲突，激发了学生的探究热情。老师可以鼓励学生用作图法作出成像的光路图。

进一步，教师可以给学生布置一个课外作业：探究两个平面镜成像个数与夹角的关系？学生可以通过实验法，探究归纳出成像数与镜间夹角之间的关系，如表1所示。

表1 成像数与夹角关系

最后教师可以提出一种特殊情况：当两平面镜互相平行时，成像个数有多少？从而引发学生思考。此时理论上成像数目为无穷多，但由于像会逐渐变暗，实际中只能看到有限数量的像。如图5所示，从一个像到三个像再到多个像最后到无穷个像，通过逐步深化学生的认识，使学生体会平面镜成像学习的乐趣。

图5 像的变化

3 高端备课的启示

3.1 按照科学方法的逻辑进行教学设计

实验法与作图法作为本节授课的两种科学方法，在本节课的教学中起着主线的作用。在教学设计中，我们按照这两种方法所展示的思路去组织教材，安排平面镜成像的教学进程，从而把科学方法体现在平面镜成像的认知过程中，这样就符合了科学方法教育的逻辑顺序。以实验法与作图法为中心展开教学设计，不仅使平面镜成像知识结构化，更是对科学方法进行了显性教学，有利于学生物理能力的提升。

3.2 遵循从具体到抽象的物理教学原则

在本节课中，实验法所体现的是具体的平面镜成像现象，而作图法则更多的表现了平面镜成像原理。在教学中，先通过实验法让学生探究成像特点，再通过作图法阐述成像的原理，最终两者所表达的物理知识却是相同的，这就实现了平面镜成像教学从具体到抽象的认识过程，促进了学生的认知水平发展。

3.3 应用原始物理问题促进知识的应用

本节课中提出的两平面镜相交成像的原始物理问题就是平面镜成像知识很好的应用案例。通过让学生先研究简单的两垂直平面镜的成像情况，再推广到两平面镜夹角为任意的情况，最后提出两平行平面镜间成像的情况，从而引发学生深入思考。这不仅巩固了平面镜的相关知识，而且起到了激发学生学习兴趣的作用。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心.义务教育教科书，物理八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]张同恂，乔际平.初中物理教材分析和研究[M].北京：人民教育出版社，1988.

[3]邢红军，陈清梅.论中学物理教学中的科学方法教育[J].中国教育学刊，2005，（8）：33.

[4]罗伯特·埃里希著，刘站存，高新红译.物理演示实验集锦[M].北京：首都师范大学出版社，2011.

（栏目编辑 邓 磊）