“光的强弱与温度”模拟实验装置的改进

黄其梅

摘 要 在探究光的强弱与温度的关系时，结合实际教学过程中发现的问题，设计并自制“光的强弱与温度”模拟实验装置，以使实验过程更科学、严谨、直观。在教师的引导下，学生利用模拟实验装置进行自主探究，激发学生学习科学的兴趣，提高学生科学探究能力、科学思维能力。

关键词 小学科学 光的强弱 温度 实验装置

《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》明确指出，科学探究是获取科学知识的主要途径，组织以学生为主体的探究式学习是落实小学科学学科核心素养的关键，在教学过程中教师要注重创设学习情境，为学生提供充分的探究学习机会，以提高课堂学习效率和学习效果。科学探究离不开物质材料的支持，精心设计的教具学具可以帮助学生更好地理解抽象、难懂的科学知识，加深对科学概念的理解，体验科学探究过程，激发学习兴趣，增强动手能力和创新精神，提高科学素养。

“光的强弱与温度”模拟实验装置来源于教科版《科学》五年级上册第二单元第五课“光与热”，本课的重点和难点是指导学生探究光的强弱与温度的关系，通过对比实验验证“光强温度就高，光弱温度就低”。笔者在参照教材提供的实验方法指导学生进行实验操作时，不断发现问题并及时改进，最终设计制作了新的模拟实验装置。

一、教材实验方法存在的问题

教材实验方法如图1所示，分别用一面镜子和多面镜子进行照射，对比探究光的强弱与温度的关系。在教学过程中，笔者发现该实验方法在实际操作过程中存在以下不足。

1.环境要求高

教材实验操作显示是将温度计放置在操场背阴处，然后用镜子将太阳光反射到温度计液泡处，从而观察温度的变化。该实验对天气和场地的要求较高，需在空旷的场地且阳光充足、光照强度均衡的情况下才能顺利开展，若遇到阴雨天或有云朵经过，则该实验都不能顺利进行。

2.操作难度大

按教材实验操作，三面镜子至少需要两位学生手持，因该实验难以快速汇聚光线，所需实验时间相对较长。学生手持镜子，容易出现手抖，无法将光线持续照射到温度计液泡处;手持温度计的学生容易将身体挡住阳光;在光照强的情况下进行操作，部分学生会缺乏耐心，个别学生甚至会出现中暑现象。

3.数据精度低

由于实验操作难度大，很多学生在实验时有部分光斑并不在液泡处;传统温度计测量速度慢，数据不明显;户外实验过程中光照強度变化快;通过目测比较光斑的明暗来判断光的强弱……这些原因导致实验过程不严谨，得出的数据不精确。

二、改进实验装置

为了让学生更科学、高效、直观地完成本实验，通过严谨的数据得出结论，笔者针对以上不足，对教材出示的实验方法进行认真研究，搜集相关技术，改进并设计出了新的模拟实验装置。经过反复实验，改进后的模拟实验装置在实际教学中能较好地完成教学目标。改进实验装置如图2所示。

三、改进实验装置的创新点

1.突破环境制约

选择用最接近太阳的可调节亮度的白炽灯模拟太阳，设计并制作了一个便携式实验台，使实验在室内就可以很好地开展，解决了天气和场地受限的问题，同时，如果天气正好，也可很容易地在室外完成该实验。

2.解放学生双手

本实验装置主要由可调节亮度的白炽灯和高精度分体式照度计组合而成，其中模拟太阳的白炽灯和照度计探头都可360°旋转，并随意调整角度和距离，让学生把更多的精力投入到分析数据和得出结论上。

3.精确实验数据

本实验装置所使用的可调节亮度的白炽灯，很好地实现了控制光的强弱这个变量;所用的照度计，不仅可测光照强度还可测温度，方便快捷、精确且直观，并且可通过蓝牙连接APP实现实时更新数据和储存数据的功能，方便后续校对数据。本装置让每位学生都能参与到观察和记录光照强度和温度的变化活动中，以严谨的实验过程得出光的强弱与温度的关系。

4.彰显变量关系

本实验中，笔者改进了原有的实验记录单，由原有的“镜子数（光的强弱）—温度关系”图表转化为“光照强度—温度关系”图表，使光的强弱与温度的关系更加严谨和直观。同时，笔者还指导学生在电脑上处理和分析数据，从而提升学生运用信息技术的能力。

四、改进实验装置的优点

1.降低实验难度，保护探究主动性

通过改进本课实验仪器，使学生不受天气和场地的限制，在室内也能顺利开展实验。并且在实验操作上降低了难度，使学生很容易获得实验的成功，保护了他们主动探究的热情和欲望，有利于后续科学课学习和探究活动的开展。

2.提高数据精度，增强实验有效性

实验通过可调节亮度的白炽灯和高精度分体式照度计的组合，解放了学生的双手，精确地获得光照强度和温度的相关数据，让每位学生都能更好地观察光照强度和温度的变化关系并得出结论，从而提高实验的有效性。

3.引用先进仪器，感悟科技应用性

本实验运用可调节亮度的白炽灯和可以同时获取光照强度和温度数值的照度计进行实验，让学生再一次领悟到科学技术的进步对生产生活的影响，很好地完成了新课标对工程技术领域的要求，做到了领悟新课标，活用旧教材。

4.优化实验器材，提升装置推广性

本装置在本单元多课的实验教学中皆可使用，由于本装置可自由调节灯光与感应探头的距离及光照强弱，便于学生进行拓展性研究，除了可探究同一距离不同档位光照强度与温度的关系，还可研究同一档位光照强度不同距离对温度的影响。本实验所用到的实验器材，都是非常简单且很容易获得的，能让更多的教师模仿和使用，具有很强的推广性。

[责任编辑：陈国庆]