多模塊光與熱實驗儀

胡金偉

設(shè)計國標(biāo)

為滿足教科版《科學(xué)》5年級上冊教材“光”單元諸課時的實驗要求，解除課時限制，提高教學(xué)效果，克服公開課、示范課、室內(nèi)課陰雨天無法進(jìn)行示范教學(xué)的困難，基于多模塊化設(shè)計，研發(fā)制作室內(nèi)外均可使用、構(gòu)造簡單、成本低廉的光與熱實驗儀，突出解決該單元“光與熱”一課中的2個實驗——“實驗1：-面鏡子與多面鏡子反光下的溫度變化實驗”“實驗2：一面鏡子與多面鏡子反光下的光的強(qiáng)弱變化實驗”，以及“怎么樣得到更多的光與熱”一課中的2個實驗——“實驗1：物體的顏色與吸熱”“實驗2：陽光的直射斜射與吸熱”。

制作過程

制作材料：傳感器1個、電子溫度計7個、萬向軟管10根、燈1盞、平面鏡10面、雪弗板2塊、木板支架1個。

制作過程：裁剪木板，安裝主體支架及框架（圖la）;在左側(cè)木板上鉆孔，將溫度傳感器檢測線從前至后穿出來，套上各種顏色的套子（圖1b）;在底側(cè)雪弗板上鉆孔，將用AB膠接上萬向軟管的平面鏡擰入底板;取出光傳感器主要配件，與溫度傳感器綁在一起，并固定在右側(cè)支架上（圖1c），裝上燈具固定好，電線從方管中間通過。最終制作成裝置實物（圖1d）。

在此基礎(chǔ)上，可附加制作各種輔助資源包（各種高度支架、底部方格圖紙、側(cè)面方格圖紙），擴(kuò)展各種功能。

模塊設(shè)計及功能介紹

模塊一：一面鏡子與多面鏡子反光下的光的強(qiáng)弱變化和溫度變化

適用實驗——教科版《科學(xué)》5年級上冊教材2.5“光與熱”“實驗1：一面鏡子與多面鏡子反光下的溫度變化實驗”“實驗2：一面鏡子與多面鏡子反光下的光的強(qiáng)弱變化實驗”。

功能介紹：萬向軟管附加可拆卸擰螺設(shè)計，將10面大小相同的平面鏡置于頂端，足以滿足課堂實驗的需求，便于學(xué)生操作;采用數(shù)字溫度傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度計，數(shù)據(jù)直觀清晰，降低了學(xué)生持續(xù)實驗的難度;采用數(shù)字化的光照強(qiáng)度傳感器，數(shù)據(jù)讀取更加直觀，同時也避免了強(qiáng)光對眼睛的損傷。

操作方法插上電源，開啟燈光，接通光傳感器及溫度傳感器;根據(jù)實驗步驟，調(diào)節(jié)需要的平面鏡數(shù)量，將光反射至傳感器位置;觀察并記錄數(shù)顯溫度計的溫度變化及光的強(qiáng)度。

模塊二：物體的顏色與吸熱

適用實驗——教科版《科學(xué)》5年級上冊教材2.6“怎么樣得到更多的光與熱”“實驗1：陽光的直射斜射與吸熱”。

功能介紹：5個不同顏色、相同大小和角度的套管較好地體現(xiàn)了對比實驗的公平性;采用數(shù)字溫度傳感器替代傳統(tǒng)溫度計，數(shù)據(jù)直觀清晰，降低了學(xué)生持續(xù)實驗的難度。

操作方法調(diào)節(jié)左側(cè)面板角度，調(diào)節(jié)燈光距離;幾分鐘后，數(shù)顯溫度計出現(xiàn)溫度變化;調(diào)節(jié)溫度傳感器與燈光角度，觀察并記錄數(shù)顯溫度計的溫度變化。

模塊三：陽光的直射斜射與吸熱

適用實驗——教科版《科學(xué)》5年級上冊教材2.6“怎么樣得到更多的光與熱”“實驗2：陽光的直射斜射與吸熱”。

功能介紹：采用數(shù)字溫度傳感器替代傳統(tǒng)溫度計，數(shù)據(jù)直觀清晰，降低了學(xué)生持續(xù)實驗的難度;可調(diào)節(jié)的木材質(zhì)整體面板設(shè)計，可實現(xiàn)改變5個傳感器的整體轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)與陽光的角度，讓學(xué)生探究“陽光直射斜射與吸熱”。

操作方法調(diào)節(jié)左側(cè)面板角度，調(diào)節(jié)燈光距離;幾分鐘后，數(shù)顯溫度計出現(xiàn)溫度變化;調(diào)節(jié)溫度傳感器與燈光的角度，觀察并記錄數(shù)顯溫度計的溫度變化。

模塊四：影子的長短與太陽照射的角度

適用實驗——教科版《科學(xué)》5年級上冊教材2.1“光和影”“實驗1：影子是怎樣形成的”“實驗2：從不同角度照射，影子的長度變化”“實驗3：遮擋物離光源的遠(yuǎn)近，影子的變化”“實驗4：光源離物體的遠(yuǎn)近，影子的變化”“實驗5：物體的影子與光源照射的物體側(cè)面的關(guān)系”等實驗。

功能介紹：可調(diào)節(jié)萬向軟管設(shè)計的燈，滿足光源對物體照射的角度、光源對物體照射的遠(yuǎn)近、光源對物體照射的方向等變化要求;可調(diào)節(jié)的木材質(zhì)整體面板設(shè)計，使儀器不限于室內(nèi)或室外使用;自由選擇各種光源;可拆雪弗板背板，輕松解決影子形成的三要素，即光、遮擋物、屏;換磨砂亞克力材料還能實現(xiàn)皮影戲功能。

加配器材：各種高度支架、底部方格圖紙、側(cè)面方格圖紙等部件，實現(xiàn)圖表化實驗結(jié)果。

操作方法：分別調(diào)節(jié)有萬向軟管的燈離物體的遠(yuǎn)近、物體的遠(yuǎn)近、燈的方向，配合方格表記錄物體的影子大小、形狀。

模塊五（拓展1）

適用實驗——教科版《科學(xué)》5年級上冊教材2.2“陽光下的影子”“實驗1：陽光下物體的影子是怎樣變化的？”“實驗2：日影觀測儀的使用教學(xué)”。

加配器材：光影測量底圖、光影測量尺、日影觀測儀等部件，實現(xiàn)室內(nèi)外完成影子角度、長短等方面的測量。

模塊六（拓展2）

適用實驗——教科版《科學(xué)》5年級上冊教材2.4“光的反射”“實驗1：照亮?xí)尽薄皩嶒?：照亮?xí)竞蟮男∏?，畫出光的路線”。

加配器材：激光筆、加濕器、光影測量底圖、光影測量尺、日影觀測儀等部件，實現(xiàn)室內(nèi)外完成影子角度、長短等方面的測量。

小結(jié)

多模塊光與熱實驗儀具有用數(shù)據(jù)說話、解除天氣限制、模塊化資源包設(shè)計三大突出優(yōu)點(diǎn)。小學(xué)《科學(xué)》整個“光”單元的教學(xué)需求都可以用該裝置進(jìn)行模塊化資源包開發(fā)，解除課時限制。同時通過加載相應(yīng)資源包，可解決諸多拓展實驗課內(nèi)容，如影子是怎樣形成的;不同角度照射下影子的長度變化;遮擋物離光源的遠(yuǎn)近，影子的變化;光源離物體的遠(yuǎn)近，影子的變化;物體的影子與光源照射的物體側(cè)面的關(guān)系等。

該項目獲得第34屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科教制作類一等獎。

專家評語

裝置關(guān)注于教科版《科學(xué)》5年級上冊教材“光”單元諸課時的實驗，解決了陰雨天無法進(jìn)行示范教學(xué)的困難。項目選題新穎、原理科學(xué)、概念清晰、構(gòu)思巧妙、設(shè)計合理，對傳統(tǒng)方法有突破，具有實質(zhì)性創(chuàng)新。作品實用性強(qiáng)，具有示范推廣價值。希望該項目在工藝方面作出改進(jìn)和提升。