创新器材优化设计

2016-11-19叶正辉

教学月刊·小学综合 2016年4期

叶正辉

【摘要】科学教师要善于创新实验器材、优化实验设计来提升课堂实验的效率。教科版五年级上“物体的颜色与吸热”“阳光直射、斜射与吸热”这两个实验，操作烦琐，实验限制较多，效果不佳。对这两个实验进行优化设计，将两个实验的操作巧妙地合并在一起，能够大大节省实验时间，再用小太阳灯管来代替太阳，则不受阴雨天的影响。改进后的实验，操作轻松简单，且成功率高。

【关键词】光和热照射角度实验改进器材

一、实验存在的问题

《怎样得到更多的光和热》一课是教科版五年级上的内容。教科书要求学生把黑色纸、粉色纸、铝箔纸、黑色蜡光纸、白纸等不同颜色的材料对折成纸袋，分别插上温度计来进行实验。教科书中一共安排了两个实验，第一个实验是“物体的颜色与吸热”（此实验中还包含一个物体表面光滑程度与吸热的实验），把材料平放在有阳光照射的地面上，比较它们的升温情况，并由观察到的现象得出深色物体比浅色物体升温快，表面粗糙的物体比光滑的物体升温快。第二个实验是“阳光直射、斜射与吸热”，把三个黑色的材料分别按与地面平行、与地面垂直、与阳光垂直这三个角度摆放，比较它们的升温情况，并由观察到的现象得出与阳光垂直摆放的材料升温快。但是这样的实验设计和材料选择存在着一定的瑕疵，在实际课堂教学中很难完成这两个实验，存在的问题主要有以下几点。

（一）教学时间不够

教材仅安排了一课时的教学时间，但书上有两个实验，每个实验光计时观察就要10分钟，再加上实验材料的收发与更换，上下楼梯所花费的时间等，基本上两个实验观察完下课铃就响了，教师根本没时间分析、讨论、交流、总结。

（二）实验成功率低

以“物体的颜色与吸热”这一个实验为例，要控制的因素有很多，受摆放地温度、摆放方式、摆放时间、地面倾斜度等因素的影响，每次实验都有很多学生“不明原因”的失败，影响实验规律的发现，有的学生还因此得出了错误的实验结论，而且这种亲身经历的“事实”往往会在学生的头脑中扎根，很难改变。

（三）实验太累

为了实验效果明显，我们总是会选择阳光猛烈的时间做实验，上有火热的太阳，下有发烫的地面，在这样的环境中待一节课，学生、教师都遭罪。特别是教师，在火热的太阳下得待好几节课，所有科学教师都反映上到这一课时累瘫了。

（四）受天气限制

如果有些班级上这一课时碰到下雨或者阴天不见太阳的天气，实验就做不了了。

二、实验的优化设计与器材制作

针对上述问题，笔者改进了实验方案，设计了一个全新的实验（图1）。用能发光、发热的灯泡来充当太阳，8个纸袋在小太阳周围围成一个圆圈，小太阳在圆心位置，1号至6号都和小太阳的灯光垂直，7号、8号是不同角度的斜射。1号、2号、3号一组的数据可研究颜色深浅对吸热的影响。1号和4号、2号和5号、3号和6号的数据对比可研究表面光滑程度对吸热的影响，1号、7号、8号的数据合起来就能研究光照角度对吸热的影响。

根据改进后的实验设计方案，笔者对实验器材也进行了改进。

（一）温度计的选择与固定

温度计是实验成败的核心材料之一。大多数学校都配有温度计，但从笔者所在学校温度计的情况来看，指示的精度比较差。笔者所在学校实验室中有近400支温度计，常温下指示温度各不相同，因此在进行此实验时教师有必要对温度计进行筛选，确保实验效果与实验数据的准确性。

选择好温度计后，对其进行固定是保证实验安全的要素之一。那么，该如何固定这些易折的玻璃制品呢？笔者的做法是在固定纸袋的外壁上折出凹槽，将温度计的下端插入，并将其粘在袋子内，上端绷一根橡皮筋（图2）。如此既能比较简便地固定住温度计，且拆装也比较方便。

（二）外壁材料的选择

所有的温度计都是固定在外壁上的，所以外壁必须围成一个圆形，使各温度计与处在圆心的灯管能保持相同的距离。经多次尝试不同的材料，笔者认为用钢网比较容易制作外壁，钢网弹性好，易围成圆形。制作温度计的固定槽也方便，只要放根小铜棒，再用老虎钳一夹就能做成。而且牢固耐用，不用的时候可拆开，几个叠在一起存放，既省地方还不易散失，方便下一年继续使用。

但在实际使用中，笔者也发现了一个问题，光透出钢网照在学生眼睛上，会对学生的视力造成影响。为此，笔者特别在钢网外表面糊了层纸，这样学生观察时就安全了。

（三）袋子的固定

由于外壁是圆形的，图1所述实验方案中1号至6号袋子只要平贴在外壁上，和处在圆心的灯管保持相同的距离，就能完成书本中的第一个实验。而7号、8号袋子的安装，因为需要有角度变化，为此笔者剪断了钢网上的两根钢丝并往外折相应的角度，再将7号、8号的半个袋子固定在这两根钢丝上，这样，7号、8号袋子就与中心的灯管形成了一定的角度，且与灯管距离没变，能与1号袋子组合，完成书中的第二个实验，成功地将两个实验并在了一起操作，从而节省了时间。

（四）中心灯管的选择

中心灯管代替太阳，功率不能太小，否则实验现象不明显，且灯管的大小还要能够契合外壁这个圆形的大小，笔者最终选择了500W的小太阳灯管，刚好能满足实验要求，在10分钟内能明显地观察到所需的实验现象。

三、改进实验的效果与优点

笔者将制作好的实验器材在课堂上进行了尝试，将各组观察到的数据统计、汇总后，求得平均数（表1）。

从表1中的1号黑色、2号红色、3号白色这三组数据能得到结论：物体颜色越深，吸收的热量越多；物体颜色越浅，吸收的热量越少。从1号黑色与4号黑色蜡光纸、2号红色与5号红色蜡光纸、3号白色与6号铝箔纸这六组数据对比能得到结论：物体表面越粗糙，吸收的热量越多；物体表面越光滑，吸收的热量越少。从表1中的1号黑色（直射）、7号约50°斜射、8号约10°斜射这三组数据能得到结论：光照射角度越大，物体吸收的热量越多；光照射角度越小，物体吸收的热量越少。