《平面鏡成像》教學設計
 

教材版本  章節

人教版《物理》八年級（上）“第四章 光現象、第 3 節 平面鏡成像”

教學目標 （一）物理觀念：
1.知道虛像的概念以及與實像的區別；
2.理解平面鏡成像的特點，并能夠運用它解釋日常生活中的現象。 （二）科學思維：
 1.通過類比數學軸對稱，建構平面鏡成像特點的物理模型；
 2.通過三次運用替代法，去進行科學推理，解決探究過程中遇到的三個
困難，形成科學的實驗設計方案；
3.通過分組實驗獲得的大量數據，運用歸納法進行科學論證，檢驗假說， 得出平面鏡成像的特點。
（三）科學探究：
 1.讓學生經歷“探究平面鏡成像特點”的完整過程（提出問題-形成猜想-確
定方法-設計實驗-進行實驗-歸納分析-得出結論）。包括：
 （1）根據實際問題（穿衣鏡問題）提出物理問題（研究平面鏡成像特
點）；
 （2）根據類比數學知識形成猜想，建立物理模型；
 （3）根據世界十大悖論之一的“忒修斯之船悖論”，找到探究主要方法
——替代法；
 （4）三次運用替代法，進行科學推理，解決困難，形成實驗方案；
 （5）分組實驗，獲取信息數據，歸納分析，驗證了猜想的正確，得出
結論。
2.讓學生經歷“虛像”概念的建構過程：通過“并列-比較法”，在與小孔成 像的并列比較過程中，發現不同，由此建構虛像概念。
 3.本節課在探究過程中，還運用了如下的科學方法，去配合連續替代法
的實施：勞丹問題解決法、拉卡托斯問題轉換法、比較法、類比法、移植法、建
模法、缺點列舉法、溯因推理法、演繹法、圖示法、雙重印證法、對應法等。
 4.在探究過程中，還運用了如下的心理學效應，以打造人文化的探究過
程：蔡加尼克效應、椰殼效應、吉寧定理、雁行理論、懷舊效應、帕金森定律、貝
爾納效應、拜倫法則、燈塔效應、沉錨效應、暗示效應等。
（四）科學態度與責任：
 1.通過探究過程，培養實事求是的科學態度，養成與他人合作的意識。
 2.通過平面鏡成像特點的學習和運用，形成運用科學知識去解決日常生
活問題的意識。
教學重點 學生在教師的帶領下、啟發下，運用三次替代法進行科學推理，解決困
難，經歷形成一個完整的科學實驗方案的過程，初步掌握科學探究的基本要
素。
教學難點 將平面鏡替代為玻璃板、將虛像替代為等大物體的科學推理過程。
教學資源 1.多媒體課件；
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 2.教師演示：平面鏡、透明玻璃板、刻度尺；
 3.學生分組：透明茶色薄玻璃板（帶支架）、自制棋子 4 個（其中 2 個等
大）、刻度尺、三角板、光屏、白紙等。

教學設計 思路

本節課是人教版初中物理“第四章 光現象、第 3 節 平面鏡成像”。首先讓學 生了解生活中的平面鏡，接下來主要內容是“探究：平面鏡成像特點”的完整 探究過程。設計思路如下：  首先，從希臘神話故事“忒修斯之船”入手，既打造興趣教學、文化教學， 又為本節解決問題的主要方法——“替代法”的自然出現打下伏筆。  然后，通過讓學生解決“穿衣鏡問題”未果，由此形成學習驅動力，引入 本研究課題——研究平面鏡成像特點。也體現了從生活到物理的課程觀念。  通過日常經驗和與數學知識類比，形成科學的猜想——軸對稱模型，并 進一步類比數學軸對稱知識形成具體的假說。 首先，讓學生直接運用平面鏡和人進行實驗，發現兩個困難——人太大、像 無法測量，于是，由剛才的希臘神故事引出解決問題的主要方法——替代法， 經過科學推理進行兩次替代，解決了兩個困難。然后，發現該像與小孔成像 的不同，無法用光屏承接，從而引出“虛像”的概念，并由此發現第三個困難 ——無法測量虛像的位置和大小，于是第三次運用替代法進行科學推理，最 終用等大實物替代虛像。由此，所有困難和障礙得以解決，引導學生設計出 實驗方案，包括器材、步驟和表格，以及進行分工。 并驗證了前面的假說。加入虛像問題，合并得到完整的“平面鏡成像的特點”。 由此，探究過程結束。  教師引導學生回顧反思探究過程，總結知識和方法，進一步提升自己。  最后，回到前面解決未果的“穿衣鏡問題”，讓學生運用剛剛獲得的“平 面鏡成像特點”和“替代法”，將其建構為一個平面幾何數學模型，運用數學 方法解決了該問題。由此，整個探究完成了一個“生活——物理——生活”的 完整循環過程。  接下來學習平面鏡成像原理的環節讓學生運用光的反射定律和光路作圖 法進行平面鏡成像作圖（分步展示），與實驗結論進行雙重印證——印證了 “平面鏡成像的特點”（4 條），進一步說明了實驗探究的正確性，從而也找 到了其成虛像的原因。  最后布置相應的課后作業，運用本節知識的創造性問題，如：模擬潛望 鏡或如何實現在某個尺度的小空間檢查視力？第二天進行交流展示，來一個 類似 steam 的學習過程。 教 學 過 程

針對假說，設計實驗方案，準備進行實驗檢驗，這是本節課的重點內容：
學生分組合作進行實驗，通過收集全班各組數據，進行歸納，得出結論，
探究環節 探究過程及思維方法 學生經歷
小問題串
科學探究過程 科學思維
（科學方法、
心理學效
 應）
提出問題 故事：講述希臘神話故事——《忒修斯殺死米 沉錨-暗示法 T1
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			諾牛》的故事。 椰殼效應  雅典王子忒修斯去克里特島殺死米諾牛之后，文化教學 乘船回到了雅典，最終成為雅典的國王。他乘坐 的船只被當做紀念碑一樣保留在了海邊，供后人 憑吊。  神話故事可以激發我們的想象力和創造力。 勞 丹 問 題 解 現在，運用你的想象力和創造力來幫助老師解決 決 一個實際問題吧！ 蔡 加 尼 克 效  提出實際問題——最短穿衣鏡問題：對你的 應 — — 半 途 身高來說，最短的穿衣鏡應該多長？ 而廢  學生思考、討論未果（各種觀點：任意大， 吉寧定理 與身高相同……），由此形成學習驅動力，若要 拉 卡 托 斯 問 解決這個問題，就必須搞清楚平面鏡成像的特點 題轉換 才行。由此，引入研究課題——探究：平面鏡成 燈塔效應 像的特點。					T2 T3 T4
	類比- 猜想		提出問題：通過日常經驗，你認為物體與它 在平面鏡里成的像應該符合如下的哪一種數學上 的圖象對應關系？  運用歐費斯托原則設置選擇題——每個選項 都是一對數學關系圖形（包括軸對稱、中心對稱、 其他）。  學生搶答猜想，在一對對不同的數學關系圖 形中進行選擇。學生可能大都選擇軸對稱關系。  教師介紹數學軸對稱圖象（如：兩個軸對稱 三角形）之間的幾何關系，引導學生進行類比， 由此將猜想對應具體化為 3 條： （1）像與物大小相等； （2）像與物到鏡面的距離相等；		問題轉換 物理建模 焦點法 歐 費 斯 托 原 則、暗示效應 類比法 借用法 類比法 對應-建構法 等價變換法

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		（3）像與物的連線與鏡面垂直。 下面的工作就是要通過實驗驗證上述 3 條猜 想是否正確了！		燈塔效應 問題轉換
嘗試性  解決- 缺點列舉		問題解決：給學生一把刻度尺、平面鏡，將自 己當做物體，分組進行研究（或教師與一組同學 演示研究），去驗證上述 3 條猜想的正確性。  小組操作，然后匯報。  通過某個小組展示 3 條猜想檢驗過程，學生 發現研究起來很困難。  通過缺點列舉，發現困難主要體現在 2 點：  （1）人體太大了，用刻度尺測量不方便， 成的像也看不全； （2）無法在平面鏡中確定像的位置。 從而，讓研究工作無法繼續進行下去。		帕金森定律 問題解決 嘗試解決 缺點列舉法 吉寧定理			T9 T10 T11

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尋找方法 怎么辦，找方法——“忒修斯之船”。  接著前面的希臘神話故事繼續講：隨著時間的  流逝，忒修斯之船上的第一塊木板開始腐爛，人  們為了能夠永遠保留這一紀念物，就用新木板將  其替換。當第二塊木板開始腐爛時，人們又用新  木板將其替換……最終，經過多年之后，這艘船  所有部分都已經被完全替換了！  讓學生討論：你說，它還是忒修斯之船嗎？這 就是世界著名的“忒修斯之船悖論”。  顯然，雖然所有部件都已替換，但作為紀念物 功能，它的作用完全沒有變化。  因此，忒修斯之船告訴了我們一種解決困難問 題的方法——替代或替換。				避雷針效應 文化教學 椰殼效應 問題解決 提煉方法					T12 T13 T14
運用方法 找到思路		（一）方法運用——解決兩塊爛船板：  現在，我們把剛才的問題，能否也看作是一 艘忒修斯之船？剛才的困難主要是：  （1）人體太大了，用刻度尺測量不方便， 成的像也看不全；		類比法 缺點列舉					T15
		（2）無法在平面鏡中確定像的位置。  顯然，在這里，人體、平面鏡如同忒修斯之 船上的兩塊“爛船板”，要研究我們的問題，必須 要將它們替換成方便我們研究的東西。 大家想辦法將這兩個因素：人、鏡子進行一一		等效替代法 問題解決
		替換吧。 學生合作討論，一一找到解決辦法：  （1）第一塊爛船板（方法：大→小）：  讓學生搶答：為了簡化、縮小，學生用棋子 （或蠟燭）代替人。  （2）第二塊爛船板（方法：不透明→透 明）：  引領學生溯因推理：無法在平面鏡中確定像 的位置→原因在于無法確定像在鏡子后面什么位 置→原因在于無法看到鏡子后面景象→原因在于 平面鏡不透明。  合作研究：因此，我們應該找一個既能成像 又透明的物體代替平面鏡。  什么東西可以兼顧這兩個方面？——用平面 玻璃代替平面鏡。 （二）派生問題——虛像：  替換了上述兩塊“爛船板”，有了棋子、平面 玻璃，可以看到像在鏡子后面的大致位置了，就 可以研究這個像了。但是，為了能夠準確地測量 出像的位置和大小，我們應該考慮如何把像給承		替代法 簡化法 縮小法 卡貝效應 溯因法 派生法 套裁效應 問題解決 懷舊效應			T15-1 T15-2 T16

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接下來。 按照前面“小孔成像”的研究，我們應該用硬 紙板當做光屏去把像承接下來，然后再用刻度尺 問題解決 研究光屏上的像的大小和位置即可。 帕金森定律  問題解決：  那么，現在，老師就給你一個光屏，大家類 比小孔成像的研究，將平面鏡成的像承接下來， 類比法 并測出它的大小和位置吧。現在完成這個任務吧。  學生實驗操作，發現無法完成像的承接，因 為當你轉到鏡子后面時，根本就沒有這個像了！ 當然也就更無法完成大小和位置的測量。 吉寧定理  顯然，這個像“虛無縹緲”！ 比較法  失敗引領：  由此，在原有的實像（小孔成像）概念基礎 上，通過并列-比較這兩種像的不同點，引出虛 像的概念。 得出結論： 派生法 平面鏡成的像是虛像。  （三）派生問題——第三塊爛船板（方法： 缺點列舉法 虛→實）： 貝爾納效應  但由此學生又有新的困難，既然虛像無法用 拜倫法則 光屏承接，那么，怎樣才能準確地研究這個虛像 吉寧定理 的位置和大小？顯然，這又是一塊“爛船板”，必 須將這個虛無縹緲的“虛像”找實實在在的東西進 問題解決 行替代。大家現在完成這個任務吧。 替代法  學生小組合作，研究找到辦法：  既然虛像太“虛”不好把控，容易“丟失”，我 們就應該將其“實”化。也即，用一個實物去代替 它，這樣，它就跑不了了！  因此，可以用另一只與虛像大小完全相同的 棋子放在像的位置上來替代像，從而使虛像變得 “實實在在”。這樣，當我們轉到玻璃后面，這個 替代物還老老實實地待在那里！我們就不會因為 找不到像而無法研究像的大小和位置了。 類比法  （四）總結：  類比忒修斯之船替代過程，回顧上述 3 次替 并列-比較法 代過程： 總 結 連 續 替  由此，研究平面鏡成像問題的 3 個因素：人、代過程 鏡子、像，被我們一一替代為：棋子、玻璃、另一 個與像完全重合的棋子。 人（物）：大→小； 平面鏡：不透明→透明； 像：虛像→實物。

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上述三次替代是逐次進行的：將人變成棋子， 便于看全所成的像；將平面鏡變成玻璃板，讓我 們看到這個像的位置；再將像用等大的蠟燭代替， 讓我們可以準確地測量像的位置和大小。由此， 該虛像已經被“鎖定”！可以說，整個過程就是一 個“降服”虛像的過程，最后一步的鎖定（實物替 代虛像）是成功標志。  從而，完成了忒修斯之船那樣的一一替代過 燈塔效應 程。 問題轉換  下面，我們就用這只全新的“忒修斯之船”來 研究我們的問題吧！——繼續驗證上述 3 條猜想：  （1）像與物大小相等； （2）像與物到鏡面的距離相等； （3）像與物的連線與鏡面垂直。 實驗研究 （一）器材： 霍布森選擇  給定器材：透明茶色薄玻璃板（帶支架）、 自制棋子 4 個（其中 2 個等大）、刻度尺、三角板、 光屏、白紙等  教師介紹基本結構及作用：棋子 A 代表物體， 棋子 B1、B2、B3 用來替代虛像，支架固定玻璃板… …											T22 T23
	（二）設計實驗方案： 1.表格：  關鍵在于“鎖定虛像”——用與虛像等大的實 物（棋子 B）替代像。  然后，對應思考，如何一一檢驗上述 3 條假 說呢？（表格填空式“留白-配套”）：  （1）像與物大小相等——用選擇的棋子 B 與棋子 A 比較即可，不必再用刻度尺測量了；  （2）像與物到鏡面的距離相等（分別測出 棋子 A 和棋子 B 到鏡面距離，比較）；  （3）像與物的連線與鏡面垂直（畫出棋子 A 和棋子 B 對應點連線，三角板驗證）。  對應形成表格：								燈塔效應 貝爾納效應 對應-建構法 留白-配套法		T24
		內 容 1 2 3		與像完全 重合的棋 子的 B 序  號 （1/2/3）		到鏡面距離/cm 棋子 A 和 B  連線是否與 平面鏡垂直 棋子 A 棋子 B

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	2.步驟： 根據表格，“留白-配套”，進行步驟設計填 寫。 （三）進行實驗： 小組合作，雁行分工，進行實驗。 （四）匯報展示：  小組展示實驗成果（各組表格匯總）（實物 投影至少并列 4 個小組的表格）。  （五）分析： 比較、歸納，對 3 條猜想進行一一驗證。		留白-配套 缺點列舉法 雁行理論 案例分析法 蟻球效應 歸納法				T25 T26 T27 T28
得到規律 1.得出結論： 歸納法  檢驗了 3 條猜想的正確性，由此進一步說明：等價變換法  平面鏡成像確實是軸對稱關系。							T29
	2.形成規律： 將成虛像的結論加入，由此形成完整的 4 條 成像特點。		組合法 祖 沖 之 ： 歸 并-進化法				T30
反思過程 1.回顧探究全過程（課件分布展示）： 反思法  提出問題-困難 1-替代 1-困難 2-替代 2-困難 程序法  3-替代 3-解決問題。  2.提煉方法：忒修斯之船——替代法——連 續替代法。  一部分一部分替代，最終全部替代完所有 “腐爛”部件，從而形成全新的替代品去解決問題。  3.另一個方法：捉妖法（找到-罩住-打回原 類比法 形）。 椰殼效應  捉住虛像的方法（變小-變透明-變實物）： 大→小，不透明→透明，虛像→實物代替。  西游記中佛祖：看到假孫悟空-用紫金缽盂 罩住-孫悟空一棒打回六耳獼猴。							T31 T32 T33
問題解決 問題解決——回到“最短穿衣鏡問題”。  運用上述“忒修斯之船”連續替代法和“平面  鏡成像特點”去解決——一系列替代過程：  1.教師引導過程：  在教師小問題引導下，讓學生一步一步找到 替代辦法，教師隨之一步步通過圖示表示出來， 最終將該問題簡化為一道平面幾何題。這是一系 列小問題解決過程：  （1）運用剛剛學過的“平面鏡成像特點”，將 人、鏡子、像分別用同學、透明玻璃、高度相同的同 學代替，且二人以玻璃為軸對稱站立。  （2）再將兩個同學替代、簡化為兩個相同的 棋子。 （3）再將同學眼睛替代、簡化為棋子頂端的			蔡 加 尼 克 效 應 — — 重 續 前緣 鰷魚效應 忒 修 斯 之 船 替代法 無序-有序 小問題串 問題轉換 登門檻效應 簡化法 模擬法 圖示法		T34 T35 T35-1 T35-2 T35-3

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