創(chuàng)新“物體顏色與吸熱”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

陳玉云

在教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《怎樣得到更多的光和熱》一課教學(xué)中，“物體顏色與吸熱”是重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的有無(wú)、成敗與優(yōu)劣，不僅影響本節(jié)課的教學(xué)效果，而且影響學(xué)生正確科學(xué)觀念的形成。因此，做好該實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)具有十分重要的意義。

一、實(shí)驗(yàn)可靠性思考

課本中設(shè)計(jì)了圖1所示的實(shí)驗(yàn)，所用材料貼近生活實(shí)際，也便于操作。但仔細(xì)觀察、思考，會(huì)發(fā)現(xiàn)還存在許多疑問(wèn)：色澤不同而材質(zhì)相同的紙袋材料是否便于尋找？（至少筆者所在地的大型文具店很難找全）紙和空氣都屬于熱的不良導(dǎo)體，它們是否影響實(shí)驗(yàn)效率？紙袋的形狀不盡相同會(huì)不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性？……細(xì)細(xì)想來(lái)，就單獨(dú)某個(gè)因素而言，可能影響不大，但幾個(gè)因素綜合起來(lái)，實(shí)驗(yàn)的可靠性便值得懷疑了。如果是陰天，實(shí)驗(yàn)又該怎樣進(jìn)行呢？

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

（一）制作“物體顏色與吸熱實(shí)驗(yàn)器”，有效開(kāi)展分組實(shí)驗(yàn)

1.設(shè)計(jì)思路

給材質(zhì)、規(guī)格相同的金屬管粘貼不同的顏色，將金屬管等間距固定，把溫度計(jì)插入其中并置于陽(yáng)光下，通過(guò)對(duì)比溫度變化來(lái)發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

2.制作方法

首先，網(wǎng)購(gòu)Ф1cm的薄壁鋁管，截取4cm長(zhǎng)的五段;其次，用薄塑板分別將五段鋁管的一端堵住，然后分別用啞光黑、淺粉、銀色、亮光黑、白色等廣告帖紙進(jìn)行粘貼;最后，找一塊25cm×25cm的柜體板，將五段鋁管均勻分布且開(kāi)口向上，固定在木板上。這樣，就做成了“物體顏色與吸熱實(shí)驗(yàn)器”（圖2所示）。制作這種裝置12套，可以滿足全班學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

3.實(shí)際應(yīng)用

第一步，將實(shí)驗(yàn)器平放在陽(yáng)光充足的地面上;第二步，將同規(guī)格的溫度計(jì)分別插入實(shí)驗(yàn)器的鋁管中（圖3所示），讀取并記錄初始溫度;

第三步，每過(guò)2分鐘讀一次溫度，并記錄數(shù)據(jù);第四步，組織學(xué)生分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

該裝置制作簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象符合預(yù)期規(guī)律且穩(wěn)定可靠，學(xué)生的參與度也大大提高。與教材實(shí)驗(yàn)相比，實(shí)驗(yàn)的便捷性和可靠性明顯增強(qiáng)，而且能長(zhǎng)期重復(fù)使用，為以后開(kāi)展該實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了許多便利。

（二）制作“顏色與光熱吸收性能探究?jī)x”，有效開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn)

以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，都是針對(duì)晴天而言的，若碰上陰天，開(kāi)展學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)便不大可能，而且實(shí)驗(yàn)室里又缺乏相關(guān)預(yù)備器材，此時(shí)我們只有通過(guò)自制演示裝置進(jìn)行代替和補(bǔ)充，才能讓學(xué)生獲得真切感受，從而保證教學(xué)的有效性。

1.設(shè)計(jì)思路

用鹵素?zé)艄獯硖?yáng)光，去照射不同顏色的鋁板，鋁板再將吸收的熱輻射給電子溫度計(jì)的探頭，通過(guò)對(duì)比幾個(gè)溫度計(jì)示數(shù)變化的快慢，從而得出結(jié)論。

2.電路原理圖（圖4所示）

局部設(shè)計(jì)原理說(shuō)明：

圖中給各射燈接上功率調(diào)節(jié)器的目的是，由于射燈規(guī)格、溫度計(jì)自身、射燈與探頭間距等方面都存在差異，勢(shì)必會(huì)造成原始溫度（即不放鋁板直接照射探頭的溫度）存在較大差異，通過(guò)調(diào)節(jié)射燈功率使各溫度計(jì)示數(shù)相同或接近（該溫度計(jì)精度為0.1℃，是一般實(shí)驗(yàn)用溫度計(jì)的10倍），從而達(dá)到整體調(diào)節(jié)的目的，相當(dāng)于統(tǒng)一了熱源（調(diào)至理想情況，以后實(shí)驗(yàn)不能再調(diào)節(jié)）。

圖中的R1～R5是電位器，給探頭串聯(lián)電位器的目的是，對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前（即光源未通電）的初始溫度微調(diào)，使各溫度計(jì)示數(shù)相同或接近，以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更具說(shuō)服力。

熱光源與主電路用插頭連接，目的是便于分離熱光源，必要時(shí)可用該裝置在室外陽(yáng)光下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以提高利用率，圖中的充電電池就是為此而設(shè)計(jì)的。

3.材料準(zhǔn)備

電子溫度計(jì)（5只）、按鈕式開(kāi)關(guān)（12V，5只）、電位器（1kΩ，5只）、鋁板（100mm×80mm×1.5mm，8塊）、強(qiáng)力磁鐵（Ф10mm×5mm ，20只）、自噴漆（7種顏色）、鋁箔膠帶、鹵素射燈（220V35W，5只）、功率調(diào)節(jié)器（220V500W，5只）、圓形開(kāi)關(guān)（220V，6只）、柜體板、鋁塑板、導(dǎo)線、螺釘?shù)取?/p>

4.制作過(guò)程

首先，制作主體面板。切割兩塊規(guī)格分別為65cm×25cm和65cm×40cm的柜體板，將大板豎直固定在小板上面，底板前端外露15cm，以備安裝熱光源;在距離豎板上端10cm處，均勻安裝5只電子溫度計(jì)（間隔為5cm），同時(shí)將各自的探頭安裝在距底板5cm的位置;為了體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作的選擇性，在每只溫度計(jì)的下方安裝一只按鈕式開(kāi)關(guān)（圖5所示）;根據(jù)電路圖連接內(nèi)部電路。

其次，加工異色物體。在鋁板頂點(diǎn)處粘接同規(guī)格強(qiáng)力小磁鐵;利用鋁板在電子溫度計(jì)的探頭區(qū)域畫好邊框，在頂點(diǎn)處安裝螺釘，要求釘帽與面板相平，以便吸附鋁板;用細(xì)砂紙對(duì)7塊鋁板表面輕微打磨（以便增加油漆的附著力），然后分別噴涂亮光黑、啞光黑、淺粉、白、紅、黃、藍(lán)等7種顏色，給剩余的一塊鋁板粘貼鋁箔（圖6所示）。

最后，制作熱光源。切割一塊58cm×9cm的柜體板，將5只射燈間隔9cm均勻安裝在木板的中線位置;切割一塊58cm×9cm的鋁塑板，間隔9cm均勻開(kāi)孔，分別安裝與5個(gè)射燈對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)和功率調(diào)節(jié)器;根據(jù)電路圖連接熱光源內(nèi)部電路，并安裝與主體底座對(duì)應(yīng)的電源插頭;用鋁塑板和毛玻璃等材料裝飾熱光源（圖7所示）。

對(duì)上述部件進(jìn)行組裝，并且調(diào)試好熱光源。這樣，就做成了“顏色對(duì)光熱吸收性能探究?jī)x”（圖8所示）。

5.使用方法

將探究?jī)x放在水平桌面上，插好電源線，按下溫度計(jì)的控制開(kāi)關(guān)，觀察初始溫度是否相同，若差別較大，則微調(diào)至相同或接近即可。

若根據(jù)教材設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將啞光黑、淺粉、鋁箔、亮光黑、白色等鋁板從左至右依次吸附在探頭區(qū)域，記錄各溫度計(jì)的示數(shù)，并閉合各射燈的控制開(kāi)關(guān)。

閉合探究?jī)x背后的電源總開(kāi)關(guān)，熱光源開(kāi)始工作，按課本表格組織學(xué)生觀察和記錄，由此得出結(jié)論。

若要研究其中某兩三種顏色的物體，則可以利用開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇性實(shí)驗(yàn)。

若打算在室外陽(yáng)光下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則拆下熱光源即可。為了使陽(yáng)光垂直照射鋁板，該裝置可以平放。

該探究?jī)x雖然制作難度較大，但其性能穩(wěn)定可靠，且工作效率高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象完全符合規(guī)律，有效解決了陰天無(wú)法開(kāi)展此實(shí)驗(yàn)的難題。同時(shí)，由于該裝置制作美觀，所用電子溫度計(jì)便于讀數(shù)，大大激發(fā)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情，取得了良好的教學(xué)效果。

三、結(jié)語(yǔ)

以上兩類教具，充分運(yùn)用生活物品，經(jīng)過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效克服了效果不佳或難以開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，既保證了教學(xué)的有效性，又使師生體會(huì)到了實(shí)驗(yàn)成功帶來(lái)的樂(lè)趣。