善用放大法觀察現(xiàn)象

孔令強(qiáng) 王立同

〔摘? ? 要〕? 本文探索了科學(xué)教學(xué)中利用放大法觀察現(xiàn)象的必要性，以實(shí)例的形式，詮釋了以下七種方法：累計疊加，數(shù)量放大；觀察轉(zhuǎn)移，形變放大；控制速率，細(xì)節(jié)放大；染色區(qū)別，對比放大；拓印復(fù)制，特征放大；再造現(xiàn)象，效果放大；儀器介入，精度放大。揭示了各種方法的本質(zhì)，提示了注意事項，提出將放大法與還原法相結(jié)合的原則。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；教學(xué)觀察；實(shí)驗現(xiàn)象；放大法

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 18-0007-03

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)，倡導(dǎo)以探究和實(shí)踐為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實(shí)踐的過程；重視師生互動和生生互動，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識和方法進(jìn)行總結(jié)、反思、應(yīng)用和遷移，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)?？茖W(xué)方法與能力是科學(xué)素養(yǎng)的核心，正確的方法是科學(xué)之魂。教師將科學(xué)方法有機(jī)滲透于教學(xué)之中，揭示其內(nèi)在規(guī)律性，教給學(xué)生探索的方法，將有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

在科學(xué)觀察、實(shí)驗中，某些微小變化現(xiàn)象很難被直接觀察到，需要教師另辟蹊徑，轉(zhuǎn)換思路，采用合適的途徑、相應(yīng)的裝置，將這些現(xiàn)象進(jìn)行放大觀察，提高其可視性，使效果更明顯，有利于學(xué)生得出結(jié)論。

一、累積疊加，數(shù)量放大，輕小細(xì)微能測量

實(shí)驗中，一些輕小物體的物理量，如一根頭發(fā)的直徑、一根羽毛的質(zhì)量、一粒米的體積等，利用實(shí)驗室中的常規(guī)儀器不容易直接測定。教學(xué)時，教師可指導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)量的累計疊加，獲得便于測量的量，然后取平均值獲得有效數(shù)據(jù)。這種通過被測量數(shù)量的放大進(jìn)行間接測量的方法，有效減小了誤差。

如認(rèn)識“固體有確定的質(zhì)量”這一概念時，需要學(xué)生利用天平測量固體的質(zhì)量。如果學(xué)生測量比較輕小的物體，如一個釘書釘、一個大頭針等，假定每個訂書釘或大頭針的質(zhì)量是相同的，可以先測量100個訂書釘、100個大頭針的質(zhì)量，將被測量物放大，再將結(jié)果除以100即可得到每一個訂書釘、大頭針的質(zhì)量。其他如測量一片葉子的厚度、一根細(xì)金屬絲的直徑等，在沒有精密儀器的情況下，用這種數(shù)學(xué)方法，借助傳統(tǒng)儀器就能獲得測量數(shù)據(jù)。

在電學(xué)實(shí)驗中，有時電池產(chǎn)生的微小電流很難使一定功率的用電器工作，則可以采用串聯(lián)電池的方法增大電流，增強(qiáng)實(shí)驗的可視化效果。如探究水果電池能否產(chǎn)生電流時，可以指導(dǎo)學(xué)生把鐵釘和鍍鋅螺絲插在水果上面，外接LED燈或電子表，通過LED燈或電子表的工作狀態(tài)，判斷水果電池是否產(chǎn)生電流。水果電池電流微小，有時需要教師指導(dǎo)學(xué)生串聯(lián)更多的水果電池，以增大電流，讓LED燈亮起來，或使電子表進(jìn)入工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)檢驗水果電池是否產(chǎn)生電流的目的。

事實(shí)上，要精準(zhǔn)測定輕小物體的質(zhì)量或微弱電流的強(qiáng)度等，需要使用精密儀器。正是有這樣的需求，才能促進(jìn)精密儀器不斷更迭，使測量值更接近真實(shí)值。

二、觀察轉(zhuǎn)移，形變放大，隱性現(xiàn)象易顯現(xiàn)

實(shí)驗中，有些現(xiàn)象很不明顯，需要將觀察點(diǎn)從原物體轉(zhuǎn)移到其他物體上，通過分析轉(zhuǎn)移后物體現(xiàn)象的顯著變化，推想原物體的細(xì)微變化。

如探究力對物體形狀的改變時，拿橡皮泥或面團(tuán)朝不同方向用力，能明顯發(fā)現(xiàn)它們的形狀改變了，說明力能改變橡皮泥的形狀。但按壓桌子時，此時的壓力對桌子形狀有沒有影響呢？學(xué)生無法直接觀察到桌面是否發(fā)生形變，此時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生在桌子上平放一面小鏡子，將激光筆固定在鐵架臺上，讓激光照射在鏡子上再反射到黑板上，標(biāo)記此時光點(diǎn)的位置。按壓桌面，光點(diǎn)會在黑板上移動一段距離，再次標(biāo)記光點(diǎn)的位置。兩次光點(diǎn)位置明顯不同，是桌子細(xì)微變化的放大效應(yīng)，說明桌子在力的作用下發(fā)生了形變。

玻璃瓶在受到外力作用時會發(fā)生形變嗎？因為玻璃形變微小，不容易觀察，教學(xué)時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生在玻璃瓶內(nèi)裝滿水，用中間插有細(xì)管的橡膠塞密封。學(xué)生擠壓玻璃瓶，會發(fā)現(xiàn)細(xì)管中的液面上升。相對于玻璃瓶的橫截面積來說，細(xì)管橫截面積較小。擠壓玻璃瓶，玻璃瓶的形狀發(fā)生細(xì)微變化，導(dǎo)致細(xì)管內(nèi)液柱發(fā)生顯著變化，從而推想玻璃瓶發(fā)生了形變。

以上兩個事例是數(shù)學(xué)思想在科學(xué)教學(xué)中運(yùn)用的重要體現(xiàn)：桌子的形變是光的反射原理和幾何原理的重要應(yīng)用；玻璃瓶的形變是“柱體體積不變，底面積變小，高增大”的重要應(yīng)用。

三、控制速率，細(xì)節(jié)放大，定格畫面能生成

自然界中，有些事物的變化不夠顯著，如種子萌發(fā)、鐵生銹、一天中太陽下物體影子的變化等；有些事物的變化速度過快，如子彈的飛行、雨滴的下落、蜻蜓翅膀的振動等。這些變化在通常情況下是無法看清楚的，教學(xué)時，教師可利用多媒體錄播技術(shù)，通過控制播放速率，將觀察細(xì)微之處放大。

小狗怎樣喝水呢？在很多人的觀念中，認(rèn)為它是用舌頭舔獲取水的。如何用舌頭舔呢？很多人說不清楚。假如錄制視頻，然后慢放，就有可能獲得正確認(rèn)知。為了搞清楚這個問題，我們借用錄像機(jī)錄制小狗喝水的視頻，然后慢放，聚焦小狗舌頭的形狀變化，定格畫面，發(fā)現(xiàn)小狗并非舔水，而是改變舌頭的形狀，將舌頭卷起來，形成酒杯狀，將水灌到食道里。這顛覆了人們的慣有認(rèn)識，改變了原有認(rèn)知。

在觀察金蟬脫殼時，為捕捉變化的細(xì)節(jié)，可以將攝像機(jī)對準(zhǔn)金蟬進(jìn)行拍攝，截取金蟬脫殼的過程。利用多媒體技術(shù)，將30分鐘左右的脫殼時間壓縮在幾秒鐘內(nèi)，簡約地呈現(xiàn)變化的過程，也可根據(jù)探究需要，利用定格技術(shù)呈現(xiàn)變化的細(xì)節(jié)。

快速變緩慢，延長事物的瞬間變化；緩慢變快速，減縮事物的漫長過程。無論是快速變緩慢，還是緩慢變快速，目的都是瞬間變定格，呈現(xiàn)事物的特寫畫面。

四、染色區(qū)別，對比放大，分散觀察改聚焦

所謂染色法，就是將不易觀察的物體，如洋蔥表皮細(xì)胞、無色透明的空氣等，?染上顏色，強(qiáng)化視覺刺激，聚焦觀察對象，以提高觀察效果。

如在制作玻片標(biāo)本時，為了將觀察部分與周圍組織易混淆部分區(qū)分開，需要對洋蔥表皮細(xì)胞進(jìn)行染色，放大觀察邊界，明辨觀察對象。教學(xué)時，可以讓學(xué)生通過對比觀察染色和未染色的玻片標(biāo)本，認(rèn)識染色的重要性，學(xué)習(xí)染色的方法。

如在做光的直線傳播實(shí)驗時，光在潔凈的空氣中傳播路徑不易觀察，可在玻璃容器內(nèi)點(diǎn)燃蚊香，讓容器內(nèi)充滿煙；光在干凈的水中傳播路徑也不易觀察，可在水中加幾滴紅墨水?dāng)嚢杈鶆?。用激光筆照射有煙的空氣或染紅的水，強(qiáng)化了光的傳播路徑對眼睛的刺激，從而使學(xué)生認(rèn)識到光是沿直線傳播的。

這種方法，染色是有效手段，能使對比更加顯著，利于聚焦觀察重點(diǎn)，提高觀察效果。需要注意，要將這種色彩與事物本身剝離開來。

五、拓印復(fù)制，特征放大，事物特性更凸顯

拓印復(fù)制法，是觀察植物的一種方法，即借鑒工藝美術(shù)的拓印技巧，根據(jù)植物莖、葉表面凹凸不平和具有汁液的特性，利用蠟筆、鉛筆、白紙或布料等材料及相關(guān)工具，將植物莖、葉的特性進(jìn)行復(fù)制，放大植物的紋理，凸顯植物的色彩，讓事物的特點(diǎn)更加突出。

在觀察樹皮的紋理時，可以將白紙鋪在樹皮上輕輕按壓，使紙和樹皮接觸緊密，用蠟筆或鉛筆在紙上來回涂畫，直到出現(xiàn)清晰的樹皮圖案。在觀察花、葉子時，可以將花和葉子平鋪于兩塊布之間，用橡皮錘對準(zhǔn)放置花和葉子的地方慢慢敲擊，直至植物的色素出來。揭開襯布，一幅美麗的拓印作品躍然“布”上。

這種方法，舍棄觀察的非重點(diǎn)，突出重點(diǎn)，減少干擾項，放大觀察效果。需要注意，拓印是根據(jù)觀察需要，只突出事物的一部分特征，要形成整體認(rèn)識，還需要借助更多觀察手段。

六、再造現(xiàn)象，效果放大，虛空現(xiàn)象變實(shí)在

實(shí)驗中，一些真實(shí)存在的事物，如磁場、電場、引力場等，人們看不見、摸不著。教學(xué)時，可指導(dǎo)學(xué)生借助能與這些事物發(fā)生作用的物體，通過它們相互作用的效果，讓看似虛空的事物變成實(shí)實(shí)在在的現(xiàn)象，了解其真實(shí)性和實(shí)在性。

如探究磁鐵的磁場時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生在磁鐵上方放一塊玻璃，在玻璃上撒一層薄薄的鐵粉，輕輕敲動玻璃，就可以看到鐵粉在玻璃上的規(guī)律性排列，借此推斷出磁鐵周圍磁場的存在形式。

如探究聲波時，聲波作為一種物理現(xiàn)象，看不見、摸不到。怎樣證明聲波的存在？教師可以指導(dǎo)學(xué)生在碗中放一個揚(yáng)聲器，用氣球套住整個碗，在氣球表面碗口方向粘一小塊鏡片，用激光照射在鏡片上，鏡片會在墻面投射出一定的形狀。當(dāng)揚(yáng)聲器播放不同聲音時，由于聲波的振動，顯示出聲波振動的圖像，證明聲波的存在。探究聲波是否具有能量時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生在點(diǎn)燃的蠟燭前方放一個音叉（距離不要太遠(yuǎn)），用小棍敲擊音叉。如果輕輕敲擊，會看見燭焰晃動；如果重重敲擊，燭焰可能會熄滅。通過燭焰的變化，推斷聲波具有能量，并且聲波的能量有大小。

以上現(xiàn)象的觀察說明：一些事物的特征雖然看不到、摸不到，但并非不存在，借助一定的觀察手段，通過事物相互作用產(chǎn)生的現(xiàn)象可以捕捉到。

七、儀器介入，精度放大，細(xì)微觀察變清晰

在觀察活動中，一些微小物體，如微生物、動植物細(xì)胞等，不容易用肉眼直接觀察到，教學(xué)時需要指導(dǎo)學(xué)生借助光學(xué)儀器，如放大鏡、顯微鏡等，使觀察精度提高，便于觀察。

利用顯微鏡觀察洋蔥鱗片葉表皮玻片標(biāo)本時，學(xué)生的描述往往不夠準(zhǔn)確，記錄常常會出現(xiàn)差異，難以形成統(tǒng)一的認(rèn)識。教學(xué)時，可以指導(dǎo)學(xué)生利用手機(jī)或平板電腦加顯微鏡的方法，將它們的攝像頭對準(zhǔn)顯微鏡的目鏡進(jìn)行拍攝，用圖片的形式呈現(xiàn)在屏幕上，讓學(xué)生分析觀察結(jié)果，形成統(tǒng)一認(rèn)識。

在觀察微生物時，由于觀察時間太短，學(xué)生往往觀察不到微生物，即便觀察到，也是非常偶然的，難以保存觀察結(jié)果。為解決這個問題，用手機(jī)或平板電腦的錄像功能長時間拍攝，記錄下微生物的運(yùn)動，利用視頻截取功能重現(xiàn)觀察結(jié)果，會取得意想不到的效果：有時能清晰地看到“小水塘”中體型“碩大”的草履蟲在游動；有時能看到“河水”中水蚤不斷跳動的心臟和擺動的胸肢；借助高倍顯微鏡放大1000倍，還能看到“自來水”中彎彎曲曲的螺旋菌。利用手機(jī)加放大鏡的方法，還可以清晰地觀察蝴蝶的觸角、蜻蜓的翅膀、蝸牛的運(yùn)動、螞蟻的捕食等。

儀器的介入將人類“放大觀察”的思想進(jìn)行了物化，通過制造并使用各種先進(jìn)儀器，讓觀察的尺度與事物的尺度相吻合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)觀察的目的。

放大法是觀察現(xiàn)象、認(rèn)識事物的一種手段，需要根據(jù)觀察目的，聚焦事物的相關(guān)屬性進(jìn)行探究。放大法的直接效果是放大，認(rèn)識事物還需還原。還原時，要通過推理、想象、計算等手段，探究事物的體積、質(zhì)量、長度、時間等屬性，加深對微小、輕小、短小、瞬間等事物特征的認(rèn)識。放大之后逆向還原，回歸事物的本質(zhì)，是使用放大法需要遵循的重要原則。放大與還原要綜合使用，缺一不可。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]王強(qiáng)，鄭萍，郭明.小學(xué)科學(xué)實(shí)驗教學(xué)論[M].北京：人民教育出版社，2015.

[3]陸水峰.創(chuàng)意植物拓印工藝的應(yīng)用研究[J].絲網(wǎng)印刷，2019（7）：15-22.