摘" 要：本文就學(xué)生學(xué)習(xí)初中物理“平面鏡成像”一節(jié)時(shí)的思維障礙點(diǎn)開展習(xí)題設(shè)計(jì)，并就習(xí)題設(shè)計(jì)的意圖及解決問(wèn)題的思維進(jìn)行分析，力求突破傳統(tǒng)冗雜的習(xí)題設(shè)計(jì)，另外就習(xí)題設(shè)計(jì)給出了反思。

關(guān)鍵詞：平面鏡成像；思維障礙；習(xí)題設(shè)計(jì)；原始物理問(wèn)題

1" 引言

著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.P.費(fèi)恩曼曾說(shuō)：“我想，我們能夠更好地幫助學(xué)生的一個(gè)辦法是，多花費(fèi)一些精力去編纂一批能夠闡明講課中某些物理概念的習(xí)題，習(xí)題能充實(shí)課堂講授，使講過(guò)的概念更加實(shí)際、更加完整和更加易于牢記。” ［1］概念、規(guī)律教學(xué)是物理教學(xué)的核心。若教師教學(xué)中對(duì)作業(yè)的設(shè)計(jì)與思考不足，講課內(nèi)容與課堂教學(xué)目標(biāo)貼合度不高，針對(duì)學(xué)生思維障礙點(diǎn)的練習(xí)題不足，必然導(dǎo)致教學(xué)效率低，學(xué)生在機(jī)械枯燥的學(xué)習(xí)中失去學(xué)習(xí)興趣。本文以學(xué)生學(xué)習(xí)初中物理中的“平面鏡成像”一節(jié)為例，設(shè)計(jì)針對(duì)思維障礙點(diǎn)的習(xí)題，希望為學(xué)生的學(xué)、教師的教提供借鑒。

2" “平面鏡成像”的思維障礙點(diǎn)

本節(jié)教學(xué)分兩課時(shí)完成。第一課時(shí)教學(xué)重點(diǎn)是完成平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)探究，重在實(shí)驗(yàn)與體驗(yàn)；第二課時(shí)教學(xué)重點(diǎn)是了解平面鏡成像的原理，并知道平面鏡成像在生活中的應(yīng)用。學(xué)生的前測(cè)、后測(cè)數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容存在思維障礙點(diǎn)。

第一，在一些學(xué)生樸素的認(rèn)知中“平面鏡”是后面鍍層的，不理解為什么透明玻璃板也是平面鏡，對(duì)為什么要用玻璃板代替平面鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究沒(méi)有自己的認(rèn)識(shí)。教學(xué)中選用兩支完全相同的蠟燭，引導(dǎo)學(xué)生去觀察像與物是否重合，其實(shí)已暗示學(xué)生像與物的相等關(guān)系，學(xué)生并未真正體驗(yàn)到探究?jī)烧呦嗟冗@一過(guò)程，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)探究的有關(guān)練習(xí)時(shí)，很難解出靈活變通的習(xí)題。

第二，一些學(xué)生在日常生活中會(huì)有錯(cuò)誤的前概念，認(rèn)為離平面鏡近時(shí)所成像大，離平面鏡遠(yuǎn)時(shí)所成像小，即存在“近大遠(yuǎn)小”的錯(cuò)誤認(rèn)知。

第三，一些學(xué)生很難理解平面鏡成的像是虛像，不能在光屏上承接。即便課堂上教師利用光路圖展示了平面鏡的成像原理，部分學(xué)生還是很難理解平面鏡成虛像的過(guò)程，且對(duì)于虛像的概念理解存在思維障礙點(diǎn)。

根據(jù)以上思維障礙點(diǎn)，習(xí)題設(shè)計(jì)如下。

3" 習(xí)題設(shè)計(jì)

例1" 實(shí)驗(yàn)器材有玻璃板、刻度尺、白紙、支架等。組裝器材，調(diào)整支架使透明薄玻璃與白紙所在平面垂直（如圖1所示）。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：在玻璃前面的白紙上用簽字筆點(diǎn)上三個(gè)不共線的黑點(diǎn)，并分別記為A、B、C，觀察玻璃板后三個(gè)點(diǎn)的像（如圖2所示）；將簽字筆放在玻璃板后面，改變筆尖的位置，使筆尖分別與A、B、C三個(gè)點(diǎn)的像重合，在三個(gè)點(diǎn)的像的位置點(diǎn)上黑點(diǎn)，并分別記為A′、B′、C′。思考利用上述實(shí)驗(yàn)如何探究平面鏡成像中像與物的大小關(guān)系。

圖2

本題來(lái)自北京海淀區(qū)中考模擬題。題中給出了部分實(shí)驗(yàn)步驟，為學(xué)生的思考搭建了臺(tái)階。學(xué)生會(huì)產(chǎn)生這樣的疑問(wèn)：沒(méi)有蠟燭，只有三個(gè)點(diǎn)如何比較像與物的大小關(guān)系？將什么當(dāng)作物體？顯然將點(diǎn)當(dāng)作物體，比較兩個(gè)點(diǎn)的大小不可行。此時(shí)學(xué)生不斷探索出解決問(wèn)題的方法，如：是否可以將線段當(dāng)作我們研究的物體？用鉛筆、刻度尺畫出線段AB和A′B′、BC和B′C′、AC和A′C′（如圖3所示），測(cè)量出三角形線段的長(zhǎng)度，比較像與物對(duì)應(yīng)線段的長(zhǎng)度，若對(duì)應(yīng)線段長(zhǎng)度均相等，則像與物大小相等。比較大小相等的方法不固定，學(xué)生也可以將三角形當(dāng)作物體，沿著平面鏡所在的直線翻折，比較像與物的大小。

圖3

本題摒棄了用蠟燭來(lái)探究平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)的常規(guī)方法，需要極強(qiáng)的靈活變通能力。學(xué)生在解題過(guò)程中，重新定義了該類實(shí)驗(yàn)中的“物”，即不僅可以是有一定高度的物體作為“物”，也可以是平面上的點(diǎn)連接成的三角形作為“物”。本題通過(guò)三個(gè)點(diǎn)在平面鏡中成的三個(gè)像確定出像的位置，將三個(gè)點(diǎn)及它們的像各連接成一個(gè)三角形，另通過(guò)定量測(cè)量?jī)蓚€(gè)三角形是否全等來(lái)比較像與物的大小關(guān)系。學(xué)生在解題過(guò)程中必定會(huì)打破原有的思維定勢(shì)，深化平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)，不斷修復(fù)知識(shí)上的漏洞。

例2" 為了探究平面鏡成像時(shí)像到平面鏡的距離v與物到平面鏡的距離u的關(guān)系，現(xiàn)將泡沫塑料板放在水平桌面上，再將白紙平放并固定在泡沫塑料板上，在白紙中間畫一條直線MN，把一塊帶支架的平面鏡（不透明）沿直線MN放置，使平面鏡底邊與直線MN重合，且使平面鏡垂直于紙面（如圖4所示）。請(qǐng)你在如圖4所示裝置的基礎(chǔ)上，利用一把刻度尺和一盒大頭針設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，證明：平面鏡成像時(shí)，像到平面鏡的距離v等于物到平面鏡的距離u。寫出實(shí)驗(yàn)步驟，畫出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。

圖4

例2是一道北京市中考真題。本題并未給“透明玻璃板”，學(xué)生看到題目會(huì)產(chǎn)生這樣的疑問(wèn)：平面鏡不透光，若后面放蠟燭，不能透過(guò)平面鏡觀察到另一支蠟燭，所以無(wú)法確定像的位置，像的位置該如何確定呢？題干中給了大頭針，引導(dǎo)學(xué)生使用大頭針來(lái)確定像的位置（如圖5所示）。

圖5

學(xué)生需要通過(guò)平面鏡成像原理分析問(wèn)題，如圖5所示，像S′的位置在物體S的反射光線反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)處，若在鏡子前扎針擋住像，找出兩條反射光線，它們的反向延長(zhǎng)線在平面鏡后的交點(diǎn)即為物體S的像S′。用一個(gè)大頭針擋住物體在鏡中的像S′，在靠近平面鏡處固定，另用一個(gè)大頭針擋住前一個(gè)大頭針和像S′并固定，兩個(gè)大頭針確定一條直線，重復(fù)上述步驟就可以在紙上描繪出兩條直線（如圖6所示）。

圖6

用平面鏡探究平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生會(huì)聯(lián)想到課堂上運(yùn)用透明玻璃板實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)習(xí)題加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)平面鏡概念的理解，即表面平整光滑且能夠成像的物體均叫作平面鏡，學(xué)生也更加明確了課堂上實(shí)驗(yàn)時(shí)用玻璃板代替平面鏡的緣由。平面鏡不透光，在確定像的位置時(shí)學(xué)生遇到了一定的障礙，促使學(xué)生運(yùn)用平面鏡成像原理解決問(wèn)題，學(xué)生在思考實(shí)驗(yàn)步驟中，培養(yǎng)了實(shí)驗(yàn)探究能力。學(xué)生在完成例2后對(duì)平面鏡成像原理有了更深的認(rèn)識(shí)，接著呈現(xiàn)例3。

例3" 如圖7所示，小明透過(guò)平面鏡看到了蠟燭的像。有關(guān)平面鏡成像的描述，正確的是（" ）

A. 進(jìn)入人眼的光是由蠟燭的像發(fā)出的

B. 如果將平面鏡豎直上移，則像隨之上移

C. 若將蠟燭靠近平面鏡，蠟燭的像會(huì)變大

D. 如果緊貼平面鏡背面放置一塊和平面鏡大小一樣的不透明擋板，則蠟燭在平面鏡中依舊能成像

圖7

本題也是一道有關(guān)平面鏡成像原理的題，是平面鏡成像原理、成像特點(diǎn)的綜合應(yīng)用。A、D選項(xiàng)需要學(xué)生了解平面鏡成像過(guò)程，即進(jìn)入人眼里的光是由蠟燭發(fā)出的，而不是蠟燭的像發(fā)出的，若在平面鏡后面加上擋板，只要擋不住入射光，人依舊可以看到蠟燭的像，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確；根據(jù)平面鏡成像的特點(diǎn)即可判斷B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤。

例4" 汽車平視顯示系統(tǒng)簡(jiǎn)稱HUD（如圖8所示），曾經(jīng)是應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)上的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。汽車上采用的HUD是為

車輛

高速行駛而改進(jìn)研發(fā)的。當(dāng)車輛以100km/h的速度高速前進(jìn)時(shí)，在司機(jī)移開視線查看速度表的短短1s內(nèi)，車輛就已經(jīng)向前行駛了28m，為了避免這期間的危險(xiǎn)，平視顯示系統(tǒng)便直接將當(dāng)前車速、導(dǎo)航信息等投影在司機(jī)視線之內(nèi)該系統(tǒng)，對(duì)于車輛的行駛安全有著很好的保障作用。你能畫出汽車平視顯示系統(tǒng)的成像過(guò)程嗎？

圖8

本題從生活中的物理現(xiàn)象出發(fā)，是一道典型的原始物理問(wèn)題。本題沒(méi)有給出已知量，學(xué)生需要自主查閱有關(guān)HUD的相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)置物理量，建立物理模型，與已學(xué)平面鏡成像的知識(shí)產(chǎn)生連接，如：小汽車擋風(fēng)玻璃的安裝傾斜角度，系統(tǒng)硬件所放位置，所成像的位置等，最后利用相關(guān)知識(shí)解決問(wèn)題。由于該題的開放性和信息的龐雜性，解題過(guò)程中促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)造性思維的提高。另外，在解該題的過(guò)程中，學(xué)生可以繼續(xù)拓展求解諸多問(wèn)題，如：為了安全，汽車擋風(fēng)玻璃會(huì)有一定的厚度，有厚度的平面鏡的成像必定會(huì)產(chǎn)生重影，影響使用效果，這一技術(shù)難題是如何解決的？原始物理問(wèn)題是對(duì)自然界及社會(huì)生產(chǎn)生活中客觀存在，能夠反映物理概念、規(guī)律、本質(zhì)且尚未加工的物理現(xiàn)象的描述。［2］這類問(wèn)題體現(xiàn)了物理教學(xué)的生態(tài)化，對(duì)初中生學(xué)習(xí)興趣的促進(jìn)及高階思維能力的培養(yǎng)都大有裨益。在習(xí)題設(shè)計(jì)上，我們可以適當(dāng)利用原始物理問(wèn)題。

4" 習(xí)題設(shè)計(jì)反思

趙凱華認(rèn)為：“我們反對(duì)‘題海戰(zhàn)術(shù)’，反對(duì)針對(duì)某類考試或題庫(kù)的應(yīng)試教育，但是做題畢竟是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程比較主動(dòng)的環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)物理不做習(xí)題是不行的，但做習(xí)題不在于多，而在于精?！?［3］這就要求教師在習(xí)題設(shè)計(jì)前，精準(zhǔn)分析課標(biāo)、教材、學(xué)情，分析學(xué)生的思維障礙點(diǎn)及潛在發(fā)展點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)“最近發(fā)展區(qū)”，讓學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)，重新建構(gòu)物理概念，代替大量無(wú)選擇性的練習(xí)，力求針對(duì)學(xué)生的思維障礙點(diǎn)設(shè)置習(xí)題，同時(shí)減輕學(xué)生的作業(yè)負(fù)擔(dān)。在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，一直以來(lái)都是物理教學(xué)的熱門話題，而原始物理問(wèn)題的引入就為初中物理教學(xué)的創(chuàng)新提供了一個(gè)新思路。［4］鑒于學(xué)生認(rèn)知水平及作業(yè)時(shí)長(zhǎng)的要求，我們可以設(shè)計(jì)部分原始物理問(wèn)題，如每節(jié)為學(xué)生提供一道原始物理問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生從生活走向物理，使初中生養(yǎng)成愛(ài)觀察、勤思考的好習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課堂上所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)

［1］（美）費(fèi)恩曼（R.P.Feynman），（美）萊頓（R.B.Leighton），（美）桑茲（M.Sands）.費(fèi)恩曼物理學(xué)講義（第1卷）［M］.鄭永令、華宏鳴、吳子儀等譯.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2005：費(fèi)恩曼自序.

［2］張艷香，金新喜.關(guān)于人教版初中物理教材習(xí)題設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考［J］.課程·教材·教法，2013，33（4）：91-95.

［3］趙凱華.我國(guó)高等學(xué)校物理教育的現(xiàn)狀及改革的思考［J］. 物理， 1995（11）：659－664.

［4］邢紅軍，陳清梅.論原始物理問(wèn)題的教育價(jià)值及其啟示［J］.課程·教材·教法，2005（1）：56-61.