“光的強(qiáng)弱與溫度”模擬實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

黃其梅

摘 要 在探究光的強(qiáng)弱與溫度的關(guān)系時，結(jié)合實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)并自制“光的強(qiáng)弱與溫度”模擬實(shí)驗(yàn)裝置，以使實(shí)驗(yàn)過程更科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、直觀。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生利用模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行自主探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，提高學(xué)生科學(xué)探究能力、科學(xué)思維能力。

關(guān)鍵詞 小學(xué)科學(xué) 光的強(qiáng)弱 溫度 實(shí)驗(yàn)裝置

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出，科學(xué)探究是獲取科學(xué)知識的主要途徑，組織以學(xué)生為主體的探究式學(xué)習(xí)是落實(shí)小學(xué)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，在教學(xué)過程中教師要注重創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，為學(xué)生提供充分的探究學(xué)習(xí)機(jī)會，以提高課堂學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果?？茖W(xué)探究離不開物質(zhì)材料的支持，精心設(shè)計(jì)的教具學(xué)具可以幫助學(xué)生更好地理解抽象、難懂的科學(xué)知識，加深對科學(xué)概念的理解，體驗(yàn)科學(xué)探究過程，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)動手能力和創(chuàng)新精神，提高科學(xué)素養(yǎng)。

“光的強(qiáng)弱與溫度”模擬實(shí)驗(yàn)裝置來源于教科版《科學(xué)》五年級上冊第二單元第五課“光與熱”，本課的重點(diǎn)和難點(diǎn)是指導(dǎo)學(xué)生探究光的強(qiáng)弱與溫度的關(guān)系，通過對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“光強(qiáng)溫度就高，光弱溫度就低”。筆者在參照教材提供的實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時，不斷發(fā)現(xiàn)問題并及時改進(jìn)，最終設(shè)計(jì)制作了新的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

一、教材實(shí)驗(yàn)方法存在的問題

教材實(shí)驗(yàn)方法如圖1所示，分別用一面鏡子和多面鏡子進(jìn)行照射，對比探究光的強(qiáng)弱與溫度的關(guān)系。在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)際操作過程中存在以下不足。

1.環(huán)境要求高

教材實(shí)驗(yàn)操作顯示是將溫度計(jì)放置在操場背陰處，然后用鏡子將太陽光反射到溫度計(jì)液泡處，從而觀察溫度的變化。該實(shí)驗(yàn)對天氣和場地的要求較高，需在空曠的場地且陽光充足、光照強(qiáng)度均衡的情況下才能順利開展，若遇到陰雨天或有云朵經(jīng)過，則該實(shí)驗(yàn)都不能順利進(jìn)行。

2.操作難度大

按教材實(shí)驗(yàn)操作，三面鏡子至少需要兩位學(xué)生手持，因該實(shí)驗(yàn)難以快速匯聚光線，所需實(shí)驗(yàn)時間相對較長。學(xué)生手持鏡子，容易出現(xiàn)手抖，無法將光線持續(xù)照射到溫度計(jì)液泡處;手持溫度計(jì)的學(xué)生容易將身體擋住陽光;在光照強(qiáng)的情況下進(jìn)行操作，部分學(xué)生會缺乏耐心，個別學(xué)生甚至?xí)霈F(xiàn)中暑現(xiàn)象。

3.數(shù)據(jù)精度低

由于實(shí)驗(yàn)操作難度大，很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時有部分光斑并不在液泡處;傳統(tǒng)溫度計(jì)測量速度慢，數(shù)據(jù)不明顯;戶外實(shí)驗(yàn)過程中光照強(qiáng)度變化快;通過目測比較光斑的明暗來判斷光的強(qiáng)弱……這些原因?qū)е聦?shí)驗(yàn)過程不嚴(yán)謹(jǐn)，得出的數(shù)據(jù)不精確。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

為了讓學(xué)生更科學(xué)、高效、直觀地完成本實(shí)驗(yàn)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)得出結(jié)論，筆者針對以上不足，對教材出示的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行認(rèn)真研究，搜集相關(guān)技術(shù)，改進(jìn)并設(shè)計(jì)出了新的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)后的模擬實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)際教學(xué)中能較好地完成教學(xué)目標(biāo)。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

1.突破環(huán)境制約

選擇用最接近太陽的可調(diào)節(jié)亮度的白熾燈模擬太陽，設(shè)計(jì)并制作了一個便攜式實(shí)驗(yàn)臺，使實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)就可以很好地開展，解決了天氣和場地受限的問題，同時，如果天氣正好，也可很容易地在室外完成該實(shí)驗(yàn)。

2.解放學(xué)生雙手

本實(shí)驗(yàn)裝置主要由可調(diào)節(jié)亮度的白熾燈和高精度分體式照度計(jì)組合而成，其中模擬太陽的白熾燈和照度計(jì)探頭都可360°旋轉(zhuǎn)，并隨意調(diào)整角度和距離，讓學(xué)生把更多的精力投入到分析數(shù)據(jù)和得出結(jié)論上。

3.精確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)裝置所使用的可調(diào)節(jié)亮度的白熾燈，很好地實(shí)現(xiàn)了控制光的強(qiáng)弱這個變量;所用的照度計(jì)，不僅可測光照強(qiáng)度還可測溫度，方便快捷、精確且直觀，并且可通過藍(lán)牙連接APP實(shí)現(xiàn)實(shí)時更新數(shù)據(jù)和儲存數(shù)據(jù)的功能，方便后續(xù)校對數(shù)據(jù)。本裝置讓每位學(xué)生都能參與到觀察和記錄光照強(qiáng)度和溫度的變化活動中，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過程得出光的強(qiáng)弱與溫度的關(guān)系。

4.彰顯變量關(guān)系

本實(shí)驗(yàn)中，筆者改進(jìn)了原有的實(shí)驗(yàn)記錄單，由原有的“鏡子數(shù)（光的強(qiáng)弱）—溫度關(guān)系”圖表轉(zhuǎn)化為“光照強(qiáng)度—溫度關(guān)系”圖表，使光的強(qiáng)弱與溫度的關(guān)系更加嚴(yán)謹(jǐn)和直觀。同時，筆者還指導(dǎo)學(xué)生在電腦上處理和分析數(shù)據(jù)，從而提升學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)的能力。

四、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

1.降低實(shí)驗(yàn)難度，保護(hù)探究主動性

通過改進(jìn)本課實(shí)驗(yàn)儀器，使學(xué)生不受天氣和場地的限制，在室內(nèi)也能順利開展實(shí)驗(yàn)。并且在實(shí)驗(yàn)操作上降低了難度，使學(xué)生很容易獲得實(shí)驗(yàn)的成功，保護(hù)了他們主動探究的熱情和欲望，有利于后續(xù)科學(xué)課學(xué)習(xí)和探究活動的開展。

2.提高數(shù)據(jù)精度，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)有效性

實(shí)驗(yàn)通過可調(diào)節(jié)亮度的白熾燈和高精度分體式照度計(jì)的組合，解放了學(xué)生的雙手，精確地獲得光照強(qiáng)度和溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，讓每位學(xué)生都能更好地觀察光照強(qiáng)度和溫度的變化關(guān)系并得出結(jié)論，從而提高實(shí)驗(yàn)的有效性。

3.引用先進(jìn)儀器，感悟科技應(yīng)用性

本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用可調(diào)節(jié)亮度的白熾燈和可以同時獲取光照強(qiáng)度和溫度數(shù)值的照度計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生再一次領(lǐng)悟到科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對生產(chǎn)生活的影響，很好地完成了新課標(biāo)對工程技術(shù)領(lǐng)域的要求，做到了領(lǐng)悟新課標(biāo)，活用舊教材。

4.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)器材，提升裝置推廣性

本裝置在本單元多課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中皆可使用，由于本裝置可自由調(diào)節(jié)燈光與感應(yīng)探頭的距離及光照強(qiáng)弱，便于學(xué)生進(jìn)行拓展性研究，除了可探究同一距離不同檔位光照強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，還可研究同一檔位光照強(qiáng)度不同距離對溫度的影響。本實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)器材，都是非常簡單且很容易獲得的，能讓更多的教師模仿和使用，具有很強(qiáng)的推廣性。

[責(zé)任編輯：陳國慶]