霓、虹形成機(jī)制及其在幼教實(shí)踐中的應(yīng)用

張海歐

【摘 要】基于幼兒科學(xué)教育的重要性，針對(duì)幼兒科學(xué)教育實(shí)踐中——霓虹不分的美工現(xiàn)象，采用通俗易懂的語(yǔ)言，分析了彩虹與霓的光學(xué)機(jī)制，并進(jìn)行多維度解釋。該研究與實(shí)踐有助于幼兒教師對(duì)霓、虹自然現(xiàn)象的正確理解，更加有效地進(jìn)行幼兒科學(xué)教育實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】幼兒教育；光學(xué)；彩虹；霓

幼兒科學(xué)教育的理論和實(shí)踐越來(lái)越受到廣泛重視，但是，我國(guó)少年兒童的科學(xué)素養(yǎng)還偏低[1]。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，部分幼兒教師在課程實(shí)施中出現(xiàn)的明顯科學(xué)性錯(cuò)誤，例如，不同的幼兒園關(guān)于彩虹的美工制作，其作品顏色排列截然相反，如圖1所示?？梢?jiàn)該幼兒教師并沒(méi)有理解彩虹形成的科學(xué)原理，將霓的顏色排列順序作為彩虹的顏色排列，出現(xiàn)了霓虹不分現(xiàn)象?？茖W(xué)教師就是科學(xué)界在課堂上的代表[2]，教師的一言一行都對(duì)兒童有著潛移默化的作用，所以科學(xué)課程的科學(xué)性對(duì)兒童發(fā)展具有關(guān)鍵性影響。

本研究以此現(xiàn)象為觸發(fā)，運(yùn)用光學(xué)原理，通過(guò)生活化語(yǔ)言研究了彩虹和霓的形成機(jī)制及其幼教實(shí)踐作用。

1 形成虹與霓的物理機(jī)制

彩虹、霓是自然界的光學(xué)現(xiàn)象，其形成機(jī)制、顏色排列可從物理角度作出解釋。

1.1 霓和虹為什么都是七彩的？

太陽(yáng)光是一種復(fù)色光，可粗略分為七種顏色。雨過(guò)天晴，空氣中存在大量的水分，塵粒減少，能見(jiàn)度提高。當(dāng)太陽(yáng)光沿斜上方照射到這些雨滴表面時(shí)，在雨滴內(nèi)進(jìn)行折反射。由于不同顏色的光，頻率不同，所以在折反射時(shí)候，產(chǎn)生偏角、路徑不同，因此，顏色就會(huì)彼此分離[3-4]。霓和虹均是太陽(yáng)光最終折射出雨滴后，形成具有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種典型顏色的自然現(xiàn)象。

換言之，七種顏色本來(lái)抱在一起，由于雨滴充當(dāng)了棱鏡，七種顏色各自能力不同，在雨滴里跑一圈后，跑出來(lái)的時(shí)候，分了彼此，各自呈現(xiàn)本色。

1.2 為什么霓和虹的顏色恰好排列相反

當(dāng)太陽(yáng)光照射到這些雨滴表面時(shí)，由于入射角度不同，在其內(nèi)壁上經(jīng)過(guò)反射、折射的次數(shù)不同。對(duì)彩虹而言，當(dāng)太陽(yáng)光在雨滴斜上方入射時(shí)，在雨滴內(nèi)一次反射，兩次折射，在空氣中顏色排列由外而內(nèi)應(yīng)是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫色；對(duì)霓而言，當(dāng)太陽(yáng)光在雨滴下方攝入時(shí)，兩次反射，兩次折射，比彩虹形成的路徑多一次全反射，所以顏色完全反過(guò)來(lái)，由內(nèi)而外應(yīng)是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫色。

也就是說(shuō)，霓和彩虹相比，在雨滴里多轉(zhuǎn)了一個(gè)彎，所以從充當(dāng)棱鏡的雨滴中出來(lái)的時(shí)候，顏色由內(nèi)到外恰好反了過(guò)來(lái)。

1.3 弧形的虹、霓及其聯(lián)系

霓和彩虹呈現(xiàn)弧形的原理是相同的，彩虹與霓在半空中出現(xiàn)的位置不是特定的，它會(huì)隨觀察者狀態(tài)、方位而改變。霓、虹拱形的正中心位置，剛好是觀察者頭部影子的方向。背對(duì)太陽(yáng)時(shí)，所有同時(shí)進(jìn)入眼中，成一固定夾角的光線構(gòu)成一個(gè)圓錐態(tài)，則此圓錐上的圓弧形狀就是觀察者所看到的霓或虹。

不同人所看到的霓或虹，是從不同水滴折射出來(lái)的。所見(jiàn)到的同一霓或虹，其紫光與紅光也是來(lái)自不同水滴的折射，即每個(gè)人都看到專屬于自己的彩虹：當(dāng)太陽(yáng)在空中高于42°時(shí)，彩虹的位置將在地平線以下而不可見(jiàn)；倘若在飛機(jī)上，則會(huì)看見(jiàn)彩虹會(huì)是完整的圓形而不是拱形，而圓形彩虹的正中心則是飛機(jī)行進(jìn)的方向。

因?yàn)槟薜墓饩€出射傾角都比虹大10°左右，所以霓總是“騎”在虹的頭上而“結(jié)伴”天空。在彩虹與霓的形成過(guò)程中，霓的光線在小水珠內(nèi)部多一次反射，光能損失多一些，所以霓比虹強(qiáng)度?。ㄟd色）。

2 在幼兒教育中正確使用虹與霓

彩虹是生活中比較普遍的光學(xué)現(xiàn)象，由于其美麗的顏色和形狀，總是在兒童的文學(xué)作品、美工、手工制作中出現(xiàn)。無(wú)論是《七彩花》的故事，還是彩虹糖的廣告，處處都以彩虹為載體。原本自然界中的光學(xué)現(xiàn)象，被人們賦予了美好的想象。絢爛的七種顏色，拱橋的樣子，無(wú)疑也是深受兒童喜愛(ài)。然而，相對(duì)彩虹而言，霓出現(xiàn)的幾率會(huì)小很多，基于上述分析可知，霓的顏色也會(huì)遜色很多，所以作為肉眼觀察，我們更多的看到的是彩虹。那么，在幼兒科學(xué)教育中，霓和虹一定要分清楚，不能將霓的顏色排列作為彩虹的排列順序，這是違背科學(xué)事實(shí)的；更不能將七種顏色自由排列，完全不顧科學(xué)事實(shí)。

因此，為貫徹教育教學(xué)中的科學(xué)性原則，在早期教育中，作為幼兒教師，需要清楚地知道彩虹與霓的形成原理，無(wú)論是彩虹與霓的顏色種類、排列順序、還是形狀，都應(yīng)該掌握。正確運(yùn)用彩虹這一自然現(xiàn)象進(jìn)行幼兒教學(xué)中的實(shí)踐。

兒童的童話故事里、美工作品，不應(yīng)該只有對(duì)美好的憧憬和向往，還應(yīng)該基于一定的科學(xué)事實(shí)。

3 結(jié)論

從公民科學(xué)素養(yǎng)及幼兒科學(xué)教育的重要性出發(fā)，針對(duì)幼教實(shí)踐中的霓虹不分現(xiàn)象，通過(guò)簡(jiǎn)單、通俗的語(yǔ)言，闡釋了彩虹與霓的形成機(jī)制、區(qū)別，幫助了幼兒教師樹(shù)立對(duì)彩虹和霓的科學(xué)認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了幼兒的教育實(shí)踐活動(dòng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王月蓮.幼兒教師科學(xué)素養(yǎng)的提升策略[J].學(xué)前教育，2016，（6）.

[2]美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì).美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)[M].戢守志等譯.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999：79.

[3]余小英，李凡生.彩虹形成的光學(xué)原理及散射角的推導(dǎo)[J].南寧師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2007（4）.

[4]陸先升.淺析大自然中由色散（或衍射）引起的天然光學(xué)現(xiàn)象[J].安徽教育學(xué)院學(xué)報(bào)，1999（1）.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]