由一则博客引发的系列探究

卓雪妹 张殷

【摘 要】本文围绕一瓶装满水的可乐瓶，从光的反射与折射的真实情境问题出发，以真实问题的解决为契机，带领同学们由浅入深地展开一系列的探究活动。试图引起小学生对生活中的科学的重视，培养孩子运用知识去分析问题与解决问题的能力。

【关键词】建模;问题解决;真实情境;光的折射

【中图分类号】G712       【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）24-0033-01

一则博客曾这样说到：“扭开一盏灯，让亮光洒满房间，对许多人来说，这是轻而易举的事。然而，在一些贫民窟里，有300万个家庭长期生活在黑暗中，加之电力缺乏和棚屋密集，即使是白天，室内也暗如黑夜。为了改变这种糟糕的状况，当地的学生Illac Diaz发起了“一升水照明计划（Liter of Light）”。如图1所示，在房顶安装一只装满水的可乐瓶，室内就可以如图2明亮起来了。而且这些可乐瓶的作用一点也不亚于灯。倘若遇上雨天，“太阳能灯”还有“替补”之用。这些“太阳能灯”不仅成本极低，而且实现了环保——能源取自大自然的阳光，将难降解的塑料瓶进行二次利用，可谓一举多得。”

针对这样一则“一升水的照明计划（Liter of Light）”的博客，笔者产生了疑问：仅仅在屋顶装一只装满水的可乐瓶，就能使黑暗的屋内亮起来吗？为验证此博客情境的真假，笔者带着六年级的小朋友进行情境建模考证，并由此引发了一系列探究活动。

一、建模探究—— “可乐瓶灯”下的视力表

疑问：一只装满水的可乐瓶，真的能够使黑暗的室内亮起来吗？

要考究情境的真假，笔者带领六年级的小朋友将情境模型化。利用废弃装冰箱的纸箱，将纸箱面与面之间的连接处密封好（防止漏光），一个黑暗的“房屋”就出现了。

如同博客所说，小朋友们在“屋顶”安装一只满水的可乐瓶;同时，为探知箱内情况，笔者带领大家在箱子宽高面贴上视力表，在箱子贴有视力表的对面设置一个小观察口。建模装置如图2所示。将“房屋”放在晴朗的环境下，让小朋友们通过观察口读取箱内视力表值。

为减少主观造成的误差，分别让不同的小朋友从观察口去观察箱内视力表的清晰情况（忽略随时间改变天气变化），读取视力表值，如表1所示：

通过实验，笔者与小朋友们发现装满水的可乐瓶起到了使黑暗的室内亮起来的作用，实验看到黑暗箱内发光的瓶子如图3所示;同时，通过对比视力表的可见度，从没有装上可乐瓶时的0可见度，到可以看到视力表的值。得到结论：在“屋顶”装一只装满水的可乐瓶让黑暗的房屋明亮起来。这只装满水的可乐瓶起到了灯的作用。

但是，有地区会在屋顶上安装几块透明的玻璃瓦片，称为明瓦。那么为什么菲律宾人民不安装明瓦呢？与其在屋顶安装一只装满水的可乐瓶，还不如安装明瓦来得简单而且使用时间长。“可乐瓶灯”和明瓦到底有什么区别？这两者谁能够使黑暗的屋内更亮呢？基于这样一个疑问，大家再次进入探究旅程。

二、“明瓦”与“可乐瓶灯”，猜猜谁更强？

疑问：在屋顶上安装明瓦与安装一只装满水的可乐瓶哪个使室内更亮？

猜想：在屋顶安装一只装满水的可乐瓶使黑暗的室内更亮。

实验步骤：

（1）小朋友在原先建模的基础上，将可乐瓶取下，让屋顶漏空可乐瓶大小的洞，相当于安装明瓦的状态，本文称“明瓦”。放在晴朗的环境下读取箱内视力表的值;

（2）放上一只装满水的可樂瓶，在与步骤（1）相同环境下观察并读取箱内视力表的值。得到表2数据：

从表2中的数据可以看出放上可乐瓶之后与不放可乐瓶的情况下读取的视力表值相差大概0.1，说明在屋顶装一只装满水的可乐瓶与不安装满水的可乐瓶（即明瓦状态下）相比，装满水的可乐瓶使黑暗的“室内”更亮一些。

一位同学自告奋勇坐在黑暗的纸箱内做观察。从“明瓦”状态到安装装满水的可乐瓶的状态，通过观察口观察箱内情况，看到箱内如图4两种情境下箱内亮度的转变。两种情况下，小朋友的身影清晰度不同，“可乐瓶灯”状态比“明瓦”状态下箱内的小孩身影看得更清晰。

实验利用读取视力表的值证明了在黑暗的房屋装上一只装满水的可乐瓶可以使室内亮起来，也通过读取视力表值和钻在“黑屋”的同学验证了明瓦与“可乐瓶灯”的对比，得到“可乐瓶灯”使黑暗的“室内”更亮的效果。

另外，有一位小朋友提出了一个奇思妙想：如果在“屋顶”安装两个“可乐瓶灯”会不会更亮呢？于是小朋友们动手实践，在原来一只“可乐瓶灯”的基础上多加一只相同的“可乐瓶灯”，将装置放在晴朗的环境下进行观察箱内情况，改进的装置及得到的效果如图5所示。验证了猜想。

三、探究路上的“意外”

在笔者与小朋友们情境化实验探究过程中，无意地将装置放在阳光下照射，大家意外发现如图6所示纸箱上瓶子旁边的亮点竟然烧出了一个小黑洞。这样一个装满水的可乐瓶如何才能将纸箱燃起来？又需要多长时间才能将纸箱燃起来？针对这些疑问，笔者再次带领小朋友们衍生探究。

猜想：凸透镜原理

小朋友们将装置放在太阳光下进行照射，但是发现很难再次出现纸箱燃起的现象。于是进行以下操作：

切下一块纸板，将可乐瓶安装在纸板中间。在晴朗的具有太阳光较强的天气环境下进行调节可乐瓶与纸板的倾斜度，找汇聚在纸板上的最亮点，放置一定时间进行观察，直到纸板开始冒烟。操作装置如图7所示，图7右侧为烧出的黑洞。

经过实验，大家发现纸箱燃起这样的一个现象一般出现在一天的十二点至两点之间。因为这个时间太阳刚好过正午，然后斜射，此刻较容易找到透过可乐瓶的聚光点。同时，这个时间段的太阳光照相对于一天来说比较强。实验得到较为粗糙的结论是：当定下最亮聚光点之后，大概需要2-3分钟时间，纸箱就开始冒烟。并且在燃起之后改变聚光的位置，装满水的可乐瓶仍能够在较短的时间内将纸箱燃烧起来，图7右侧则为旋转了聚光点位置，燃烧出来的黑洞。说明这一时间段的太阳光比较强，更加有助于将纸箱燃烧起来。

纸箱之所以会燃起来，是因为装满水的可乐瓶身是圆的，相当于一个凸透镜，当光照斜射到可乐瓶身上时，瓶身起到汇聚光照的作用，从而产生了一个聚光点，这个聚光点达到一定温度（纸箱的燃点），于是纸箱便可以燃烧起来。

原来，森林旁的标语：请勿在森林中丢弃未喝完水的瓶子。是有一定的根据的，因为这些瓶子可能因为阳光的聚光作用而酿成森林大火。再次深刻意识到为了安全，外出野营时不能乱扔未喝完水的瓶子。

四、小结

从对博客的质疑，到引发的一系列探究活动，笔者带领小朋友们围绕一瓶水，在探究中不断产生新的问题，去猜想、实验、分析，从而解决问题，再次探究。这循环而有趣的过程，使小朋友们的批判性思维在探究中不断得到提升。科学的奥秘就在生活的每一个细节里，只要我们具有一双善于发现的眼睛，并且善于质疑，去行动，去分析，我们会遇见意料之外的惊喜。在飞快发展的信息时代下，我们更要培养孩子发现问题、运用知识去分析问题与解决问题的能力。