太陽科學(xué)家

李佩寧

“萬物生長靠太陽?！贝_實，太陽對我們這些以太陽系的普通行星——地球為家的人類來說太重要，太熟悉，也太親切了。太陽是太陽系的中心，它幾乎主宰了太陽系里的一切。太陽供給著地球99.9%以上的能量，這些能量來源于它的光能輻射和熱輻射。這些能量是我們每天賴以生存和生活的幾乎最重要的內(nèi)容，其和水、氧氣一起構(gòu)成了整個地球上生命存在的最基本的必要條件。當然，太陽有利于地球上生命的延續(xù)，但它的能量也很容易在某些特定的條件下讓地球上的生命消失。

20世紀90年代，全球發(fā)生的重大氣象災(zāi)害比之50年代多了5倍，所遭受的年均經(jīng)濟損失也從60年代的40億美元飚升至290億美元。專家預(yù)言，若不采取措施，在未來的一百年中全球平均氣溫可能上升1.4至5.8攝氏度，這將使極端天氣或氣候事件的發(fā)生更為頻繁，嚴重威脅全球社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。氣候變暖將導(dǎo)致海平面升高。美國皮尤全球氣候變化研究中心近期發(fā)表的一份研究報告估計，到21世紀末全球氣溫將升高1.3至4.6攝氏度，使南北極的冰、高山積雪、冰川不斷融化，將導(dǎo)致海平面升高17～99厘米。如果是那樣的話，我國富庶的東南沿海地區(qū)將受到嚴重影響。平均氣溫升高將顯著影響物種分布，許多物種會就此加速滅絕，造成生態(tài)環(huán)境的惡化。除此之外，自20世紀以來，由于人類活動等原因，造成地球上空的臭氧層變薄并出現(xiàn)空洞，太陽輻射中的紫外線失去阻擋而大量到達地面，使人類和其他生物受到過強紫外線的傷害。

今天，我們必須面對現(xiàn)實，深入地研究太陽，更多地了解它的實際運動規(guī)律，趨利避害，更科學(xué)地、巧妙地利用太陽能服務(wù)于我們的生活。例如，在太陽能的利用方面應(yīng)該還有許多可能，包括用生物技術(shù)提升植物的光合作用能力（現(xiàn)在的農(nóng)作物對光能的利用率一般只有百分之幾）。與此同時，采取措施，加強對太陽活動的觀測，合理運用科學(xué)方法和技術(shù)手段進行研究和利用。

一、課程重點

本課程抓住“了解太陽”這個重要出發(fā)點，通過讓低年級學(xué)生學(xué)習(xí)能量和熱學(xué)的基本知識，更重要的是向?qū)W生介紹科學(xué)家進行科學(xué)實驗的其中一種——對照實驗的方法，培養(yǎng)學(xué)生對有效運用工具、記錄數(shù)據(jù)并最終得出科學(xué)結(jié)論的完整過程的認識。同時，營造學(xué)生可以在動手實踐中深入感受和理解的課堂氛圍。

【涉及領(lǐng)域】工程、物理學(xué)、地理學(xué)

【建議年級】小學(xué)低年級

【建議時間】85分鐘

二、課程任務(wù)

學(xué)習(xí)科學(xué)家進行實驗和試驗時的基本方法，尤其是引入對比實驗的概念，激發(fā)學(xué)生了解現(xiàn)象、學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考如何能夠精確測量數(shù)據(jù)，試著用文字記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)并做出分析。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（20分鐘）

第一步，簡述對照實驗的概念，詢問學(xué)生對實驗的認識。在科學(xué)實驗的概念的基礎(chǔ)上，對照實驗是一種常規(guī)實驗方法。一般進行某種實驗以闡明一定因素對一個對象的影響和處理效應(yīng)或意義時，除了對實驗所要求研究因素或操作處理外，其他因素都保持一致，并把實驗結(jié)果進行比較。教師應(yīng)當在此處舉出一些概念性的科學(xué)實驗的例子，例如以小白鼠為例，通常藥物實驗會需要兩組小白鼠，一組注射實驗的藥物，另一組則注射等量的生理鹽水，在一段時間之后觀察兩組實驗對象的不同反應(yīng)以及其他可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。

教師可以通過例子，讓學(xué)生了解對照實驗通常將實驗對象分為實驗組和對照組，并解釋相關(guān)概念。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組；對照組也稱控制組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組。實驗組和對照組的選定具有隨機性，這樣從理論上說，由于實驗組與對照組受無關(guān)變量的影響被平衡了，故實驗組與對照組之間的差異則可認定為實驗變量作用的結(jié)果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。詢問學(xué)生：單組科學(xué)實驗和對照實驗的不同是什么？為了達成目的，需要做什么？為了對照實驗?zāi)苡行нM行，哪些細節(jié)是需要特別注意的？這樣做的目的是什么？教師要帶領(lǐng)學(xué)生重點討論控制變量的意義與重要性。

第二步，簡單介紹變量、變量彼此獨立的概念。先通過提問獲得學(xué)生對變量概念知識的掌握情況；然后普及變量獨立的概念，是指變量之間沒有相關(guān)關(guān)系，兩者不會相互影響或者二者之間沒有因果關(guān)系。例如以物體的體積和表面積作為變量時，這兩個變量就不是彼此獨立的，因為通常體積增大的同時表面積也會變大，反之也一樣，這兩個變量有一定的相關(guān)性，而相關(guān)程度取決于物體形狀。

2.宣布任務(wù)及評價量規(guī)（10分鐘）

【宣布任務(wù)】要求學(xué)生證明太陽光到底能否加熱物體，讓學(xué)生說出自己的想法，設(shè)計實驗，完成實驗，并列出結(jié)果。需要注意的是，該實驗適宜在夏天進行。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評價量規(guī)（見表1）。

【材料】尺子、玻璃紙、食物夾、冰格、冰塊、拉力計或彈簧秤、紙杯、小塑料袋、塑料薄膜、遮陽傘、手表或手機、黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子

宣布任務(wù)和評價量規(guī)后，教師可以繼續(xù)詢問以下問題。

（1）對于實驗結(jié)果，你有什么樣的預(yù)測？

（2）除了陽光直射這個條件外，還有什么條件會影響冰的融化？對于這些條件，應(yīng)當如何控制？

詢問后，給少量時間讓各組進行溝通準備。每個人都要寫下自己的想法和實驗計劃，然后小組討論最終要執(zhí)行的實驗設(shè)計。

3.任務(wù)的執(zhí)行（30分鐘）

正式執(zhí)行實驗任務(wù)。要求學(xué)生依照評價量規(guī)，并考慮以下內(nèi)容。

（1）小組的預(yù)測是什么？

（2）小組的設(shè)計是什么？希望收集到什么樣的數(shù)據(jù)來支持小組的預(yù)測？

（3）實驗應(yīng)該做哪些準備？

（4）實驗執(zhí)行時應(yīng)該注意哪些細節(jié)？例如，為了保證準確測量，如何利用各種現(xiàn)有的工具盡量一滴不漏地收集冰塊融化的水？如何保證這些水不會蒸發(fā)到空氣中而導(dǎo)致總量減少？考慮應(yīng)當如何避免這類問題。

（5）怎樣使觀察更準確？觀察和記錄的具體操作是怎樣的？

（6）該如何將觀察到的結(jié)果列入表格或圖表？是否在實驗前就設(shè)計了這樣的表格或圖表的框架？框架包括了哪些內(nèi)容？為何如此設(shè)計？

（7）小組內(nèi)怎樣分工？

對于實驗方法的選擇，由于參加的學(xué)生所處年級較低，可能會出現(xiàn)以下情形。教師應(yīng)提前做好應(yīng)對準備，并想辦法在學(xué)生實驗過程中用提問的方式引導(dǎo)學(xué)生更好地完成實驗。

（1）當學(xué)生用拉力計或者彈簧秤測量冰塊融化產(chǎn)生的水或者剩余冰塊的質(zhì)量時，承載水或冰塊的容器是否會導(dǎo)致數(shù)據(jù)被錯誤測量？如何解決這個問題？

（2）當學(xué)生在測量冰塊融化產(chǎn)生的水的質(zhì)量時，水的蒸發(fā)是否會導(dǎo)致測量出現(xiàn)問題？如何解決這個問題？

（3）當學(xué)生將冰塊放置在如盤子等水平容器而不是玻璃杯等較深的器皿中時，空氣的流動或者四面吹來的風(fēng)是否會影響觀測結(jié)果？如何解決這樣的問題？

（4）在提供的材料中，黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子可以用來做什么？這些東西是否能加速冰塊的融化？為什么？

（5）將黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子等器具加入實驗中，可以如何使用？哪些使用方法是利用了太陽的能量，哪些不是？

（6）為了保證對照實驗的各項被控制條件的一致性，在使用黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子等器具時要注意什么？

4.總結(jié)和反思（25分鐘）

全部小組完成后，教師組織討論以下問題。

（1）小組怎樣分工？

（2）你們總結(jié)出對照實驗的模式了嗎？如果有，是怎樣的模式？大家按照順序說一說。

（3）你們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有的結(jié)果后，如何歸納可以影響冰融化速度的因素？有哪幾種？它們之間有關(guān)系嗎？

（4）是否可以不用遮陽傘，改將實驗組放置戶外，而對照組放置室內(nèi)進行比較實驗？為什么？

【拓展作業(yè)】回家設(shè)計一組對照實驗，證明只有較為溫暖時（如室溫的情況下），種子才會比較快速地發(fā)芽。

（責(zé)任編輯 張慧籽）