創(chuàng)新器材 優(yōu)化設(shè)計(jì)
——《怎樣得到更多的光和熱》實(shí)驗(yàn)改進(jìn)例談

□葉正輝

創(chuàng)新器材 優(yōu)化設(shè)計(jì)
——《怎樣得到更多的光和熱》實(shí)驗(yàn)改進(jìn)例談

□葉正輝

科學(xué)教師要善于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)提升課堂實(shí)驗(yàn)的效率。教科版五年級(jí)上“物體的顏色與吸熱”“陽(yáng)光直射、斜射與吸熱”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，操作煩瑣，實(shí)驗(yàn)限制較多，效果不佳。對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作巧妙地合并在一起，能夠大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，再用小太陽(yáng)燈管來(lái)代替太陽(yáng)，則不受陰雨天的影響。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，操作輕松簡(jiǎn)單，且成功率高。

光和熱 照射角度 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 器材

一、實(shí)驗(yàn)存在的問題

《怎樣得到更多的光和熱》一課是教科版五年級(jí)上的內(nèi)容。教科書要求學(xué)生把黑色紙、粉色紙、鋁箔紙、黑色蠟光紙、白紙等不同顏色的材料對(duì)折成紙袋，分別插上溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教科書中一共安排了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是“物體的顏色與吸熱”（此實(shí)驗(yàn)中還包含一個(gè)物體表面光滑程度與吸熱的實(shí)驗(yàn)），把材料平放在有陽(yáng)光照射的地面上，比較它們的升溫情況，并由觀察到的現(xiàn)象得出深色物體比淺色物體升溫快，表面粗糙的物體比光滑的物體升溫快。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是“陽(yáng)光直射、斜射與吸熱”，把三個(gè)黑色的材料分別按與地面平行、與地面垂直、與陽(yáng)光垂直這三個(gè)角度擺放，比較它們的升溫情況，并由觀察到的現(xiàn)象得出與陽(yáng)光垂直擺放的材料升溫快。但是這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和材料選擇存在著一定的瑕疵，在實(shí)際課堂教學(xué)中很難完成這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，存在的問題主要有以下幾點(diǎn)。

（一）教學(xué)時(shí)間不夠

教材僅安排了一課時(shí)的教學(xué)時(shí)間，但書上有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)光計(jì)時(shí)觀察就要10分鐘，再加上實(shí)驗(yàn)材料的收發(fā)與更換，上下樓梯所花費(fèi)的時(shí)間等，基本上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察完下課鈴就響了，教師根本沒時(shí)間分析、討論、交流、總結(jié)。

（二）實(shí)驗(yàn)成功率低

以“物體的顏色與吸熱”這一個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，要控制的因素有很多，受擺放地溫度、擺放方式、擺放時(shí)間、地面傾斜度等因素的影響，每次實(shí)驗(yàn)都有很多學(xué)生“不明原因”的失敗，影響實(shí)驗(yàn)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，有的學(xué)生還因此得出了錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而且這種親身經(jīng)歷的“事實(shí)”往往會(huì)在學(xué)生的頭腦中扎根，很難改變。

（三）實(shí)驗(yàn)太累

為了實(shí)驗(yàn)效果明顯，我們總是會(huì)選擇陽(yáng)光猛烈的時(shí)間做實(shí)驗(yàn)，上有火熱的太陽(yáng)，下有發(fā)燙的地面，在這樣的環(huán)境中待一節(jié)課，學(xué)生、教師都遭罪。特別是教師，在火熱的太陽(yáng)下得待好幾節(jié)課，所有科學(xué)教師都反映上到這一課時(shí)累癱了。

（四）受天氣限制

如果有些班級(jí)上這一課時(shí)碰到下雨或者陰天不見太陽(yáng)的天氣，實(shí)驗(yàn)就做不了了。

二、實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與器材制作

針對(duì)上述問題，筆者改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的實(shí)驗(yàn)（圖1）。用能發(fā)光、發(fā)熱的燈泡來(lái)充當(dāng)太陽(yáng)，8個(gè)紙袋在小太陽(yáng)周圍圍成一個(gè)圓圈，小太陽(yáng)在圓心位置，1號(hào)至6號(hào)都和小太陽(yáng)的燈光垂直，7號(hào)、8號(hào)是不同角度的斜射。1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)一組的數(shù)據(jù)可研究顏色深淺對(duì)吸熱的影響。1號(hào)和4號(hào)、2號(hào)和5號(hào)、3號(hào)和6號(hào)的數(shù)據(jù)對(duì)比可研究表面光滑程度對(duì)吸熱的影響，1號(hào)、7號(hào)、8號(hào)的數(shù)據(jù)合起來(lái)就能研究光照角度對(duì)吸熱的影響。

圖1

根據(jù)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)器材也進(jìn)行了改進(jìn)。

（一）溫度計(jì)的選擇與固定

溫度計(jì)是實(shí)驗(yàn)成敗的核心材料之一。大多數(shù)學(xué)校都配有溫度計(jì)，但從筆者所在學(xué)校溫度計(jì)的情況來(lái)看，指示的精度比較差。筆者所在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中有近400支溫度計(jì)，常溫下指示溫度各不相同，因此在進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)時(shí)教師有必要對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行篩選，確保實(shí)驗(yàn)效果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

選擇好溫度計(jì)后，對(duì)其進(jìn)行固定是保證實(shí)驗(yàn)安全的要素之一。那么，該如何固定這些易折的玻璃制品呢？筆者的做法是在固定紙袋的外壁上折出凹槽，將溫度計(jì)的下端插入，并將其粘在袋子內(nèi)，上端繃一根橡皮筋（圖2）。如此既能比較簡(jiǎn)便地固定住溫度計(jì)，且拆裝也比較方便。

圖2

（二）外壁材料的選擇

所有的溫度計(jì)都是固定在外壁上的，所以外壁必須圍成一個(gè)圓形，使各溫度計(jì)與處在圓心的燈管能保持相同的距離。經(jīng)多次嘗試不同的材料，筆者認(rèn)為用鋼網(wǎng)比較容易制作外壁，鋼網(wǎng)彈性好，易圍成圓形。制作溫度計(jì)的固定槽也方便，只要放根小銅棒，再用老虎鉗一夾就能做成。而且牢固耐用，不用的時(shí)候可拆開，幾個(gè)疊在一起存放，既省地方還不易散失，方便下一年繼續(xù)使用。

但在實(shí)際使用中，筆者也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，光透出鋼網(wǎng)照在學(xué)生眼睛上，會(huì)對(duì)學(xué)生的視力造成影響。為此，筆者特別在鋼網(wǎng)外表面糊了層紙，這樣學(xué)生觀察時(shí)就安全了。

（三）袋子的固定

由于外壁是圓形的，圖1所述實(shí)驗(yàn)方案中1號(hào)至6號(hào)袋子只要平貼在外壁上，和處在圓心的燈管保持相同的距離，就能完成書本中的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)。而7號(hào)、8號(hào)袋子的安裝，因?yàn)樾枰薪嵌茸兓?，為此筆者剪斷了鋼網(wǎng)上的兩根鋼絲并往外折相應(yīng)的角度，再將7號(hào)、8號(hào)的半個(gè)袋子固定在這兩根鋼絲上，這樣，7號(hào)、8號(hào)袋子就與中心的燈管形成了一定的角度，且與燈管距離沒變，能與1號(hào)袋子組合，完成書中的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，成功地將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)并在了一起操作，從而節(jié)省了時(shí)間。

（四）中心燈管的選擇

中心燈管代替太陽(yáng)，功率不能太小，否則實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，且燈管的大小還要能夠契合外壁這個(gè)圓形的大小，筆者最終選擇了500W的小太陽(yáng)燈管，剛好能滿足實(shí)驗(yàn)要求，在10分鐘內(nèi)能明顯地觀察到所需的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的效果與優(yōu)點(diǎn)

筆者將制作好的實(shí)驗(yàn)器材在課堂上進(jìn)行了嘗試，將各組觀察到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、匯總后，求得平均數(shù)（表1）。

從表1中的1號(hào)黑色、2號(hào)紅色、3號(hào)白色這三組數(shù)據(jù)能得到結(jié)論：物體顏色越深，吸收的熱量越多；物體顏色越淺，吸收的熱量越少。從1號(hào)黑色與4號(hào)黑色蠟光紙、2號(hào)紅色與5號(hào)紅色蠟光紙、3號(hào)白色與6號(hào)鋁箔紙這六組數(shù)據(jù)對(duì)比能得到結(jié)論：物體表面越粗糙，吸收的熱量越多；物體表面越光滑，吸收的熱量越少。從表1中的1號(hào)黑色（直射）、7號(hào)約50°斜射、8號(hào)約10°斜射這三組數(shù)據(jù)能得到結(jié)論：光照射角度越大，物體吸收的熱量越多；光照射角度越小，物體吸收的熱量越少。

從以上的課堂實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，對(duì)“物體的顏色與吸熱”“陽(yáng)光的直射、斜射與吸熱”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是合理可操作的，具有實(shí)用價(jià)值，而關(guān)于實(shí)驗(yàn)器材的制作上，還可以有進(jìn)步的空間。

表1 《怎樣得到更多的光和熱》實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

（浙江省新昌縣實(shí)驗(yàn)小學(xué) 312500）