善用放大法观察现象

孔令强 王立同

〔摘    要〕  本文探索了科学教学中利用放大法观察现象的必要性，以实例的形式，诠释了以下七种方法：累计叠加，数量放大；观察转移，形变放大；控制速率，细节放大；染色区别，对比放大；拓印复制，特征放大；再造现象，效果放大；仪器介入，精度放大。揭示了各种方法的本质，提示了注意事项，提出将放大法与还原法相结合的原则。

〔关键词〕  小学科学；教学观察；实验现象；放大法

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  18-0007-03

2022年版《义务教育科学课程标准》强调，倡导以探究和实践为主的多样化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究以及技术与工程实践的过程；重视师生互动和生生互动，引导学生对所学知识和方法进行总结、反思、应用和迁移，促进学生自主学习和合作学习。科学方法与能力是科学素养的核心，正确的方法是科学之魂。教师将科学方法有机渗透于教学之中，揭示其内在规律性，教给学生探索的方法，将有助于培养学生的创造力。

在科学观察、实验中，某些微小变化现象很难被直接观察到，需要教师另辟蹊径，转换思路，采用合适的途径、相应的装置，将这些现象进行放大观察，提高其可视性，使效果更明显，有利于学生得出结论。

一、累积叠加，数量放大，轻小细微能测量

实验中，一些轻小物体的物理量，如一根头发的直径、一根羽毛的质量、一粒米的体积等，利用实验室中的常规仪器不容易直接测定。教学时，教师可指导学生通过数量的累计叠加，获得便于测量的量，然后取平均值获得有效数据。这种通过被测量数量的放大进行间接测量的方法，有效减小了误差。

如认识“固体有确定的质量”这一概念时，需要学生利用天平测量固体的质量。如果学生测量比较轻小的物体，如一个钉书钉、一个大头针等，假定每个订书钉或大头针的质量是相同的，可以先测量100个订书钉、100个大头针的质量，将被测量物放大，再将结果除以100即可得到每一个订书钉、大头针的质量。其他如测量一片叶子的厚度、一根细金属丝的直径等，在没有精密仪器的情况下，用这种数学方法，借助传统仪器就能获得测量数据。

在电学实验中，有时电池产生的微小电流很难使一定功率的用电器工作，则可以采用串联电池的方法增大电流，增强实验的可视化效果。如探究水果电池能否产生电流时，可以指导学生把铁钉和镀锌螺丝插在水果上面，外接LED灯或电子表，通过LED灯或电子表的工作状态，判断水果电池是否产生电流。水果电池电流微小，有时需要教师指导学生串联更多的水果电池，以增大电流，让LED灯亮起来，或使电子表进入工作状态，实现检验水果电池是否产生电流的目的。

事实上，要精准测定轻小物体的质量或微弱电流的强度等，需要使用精密仪器。正是有这样的需求，才能促进精密仪器不断更迭，使测量值更接近真实值。

二、观察转移，形变放大，隐性现象易显现

实验中，有些现象很不明显，需要将观察点从原物体转移到其他物体上，通过分析转移后物体现象的显著变化，推想原物体的细微变化。

如探究力对物体形状的改变时，拿橡皮泥或面团朝不同方向用力，能明显发现它们的形状改变了，说明力能改变橡皮泥的形状。但按压桌子时，此时的压力对桌子形状有没有影响呢？学生无法直接观察到桌面是否发生形变，此时，教师可以指导学生在桌子上平放一面小镜子，将激光笔固定在铁架台上，让激光照射在镜子上再反射到黑板上，标记此时光点的位置。按压桌面，光点会在黑板上移动一段距离，再次标记光点的位置。两次光点位置明显不同，是桌子细微变化的放大效应，说明桌子在力的作用下发生了形变。

玻璃瓶在受到外力作用时会发生形变吗？因为玻璃形变微小，不容易观察，教学时，教师可以指导学生在玻璃瓶内装满水，用中间插有细管的橡胶塞密封。学生挤压玻璃瓶，会发现细管中的液面上升。相对于玻璃瓶的横截面积来说，细管横截面积较小。挤压玻璃瓶，玻璃瓶的形狀发生细微变化，导致细管内液柱发生显著变化，从而推想玻璃瓶发生了形变。

以上两个事例是数学思想在科学教学中运用的重要体现：桌子的形变是光的反射原理和几何原理的重要应用；玻璃瓶的形变是“柱体体积不变，底面积变小，高增大”的重要应用。

三、控制速率，细节放大，定格画面能生成

自然界中，有些事物的变化不够显著，如种子萌发、铁生锈、一天中太阳下物体影子的变化等；有些事物的变化速度过快，如子弹的飞行、雨滴的下落、蜻蜓翅膀的振动等。这些变化在通常情况下是无法看清楚的，教学时，教师可利用多媒体录播技术，通过控制播放速率，将观察细微之处放大。

小狗怎样喝水呢？在很多人的观念中，认为它是用舌头舔获取水的。如何用舌头舔呢？很多人说不清楚。假如录制视频，然后慢放，就有可能获得正确认知。为了搞清楚这个问题，我们借用录像机录制小狗喝水的视频，然后慢放，聚焦小狗舌头的形状变化，定格画面，发现小狗并非舔水，而是改变舌头的形状，将舌头卷起来，形成酒杯状，将水灌到食道里。这颠覆了人们的惯有认识，改变了原有认知。

在观察金蝉脱壳时，为捕捉变化的细节，可以将摄像机对准金蝉进行拍摄，截取金蝉脱壳的过程。利用多媒体技术，将30分钟左右的脱壳时间压缩在几秒钟内，简约地呈现变化的过程，也可根据探究需要，利用定格技术呈现变化的细节。

快速变缓慢，延长事物的瞬间变化；缓慢变快速，减缩事物的漫长过程。无论是快速变缓慢，还是缓慢变快速，目的都是瞬间变定格，呈现事物的特写画面。

四、染色区别，对比放大，分散观察改聚焦

所谓染色法，就是将不易观察的物体，如洋葱表皮细胞、无色透明的空气等， 染上颜色，强化视觉刺激，聚焦观察对象，以提高观察效果。

如在制作玻片标本时，为了将观察部分与周围组织易混淆部分区分开，需要对洋葱表皮细胞进行染色，放大观察边界，明辨观察对象。教学时，可以让学生通过对比观察染色和未染色的玻片标本，认识染色的重要性，学习染色的方法。

如在做光的直线传播实验时，光在洁净的空气中传播路径不易观察，可在玻璃容器内点燃蚊香，让容器内充满烟；光在干净的水中传播路径也不易观察，可在水中加几滴红墨水搅拌均匀。用激光笔照射有烟的空气或染红的水，强化了光的传播路径对眼睛的刺激，从而使学生认识到光是沿直线传播的。

这种方法，染色是有效手段，能使对比更加显著，利于聚焦观察重点，提高观察效果。需要注意，要将这种色彩与事物本身剥离开来。

五、拓印复制，特征放大，事物特性更凸显

拓印复制法，是观察植物的一种方法，即借鉴工艺美术的拓印技巧，根据植物茎、叶表面凹凸不平和具有汁液的特性，利用蜡笔、铅笔、白纸或布料等材料及相关工具，将植物茎、叶的特性进行复制，放大植物的纹理，凸显植物的色彩，让事物的特点更加突出。

在观察树皮的纹理时，可以将白纸铺在树皮上轻轻按压，使纸和树皮接触紧密，用蜡笔或铅笔在纸上来回涂画，直到出现清晰的树皮图案。在观察花、叶子时，可以将花和叶子平铺于两块布之间，用橡皮锤对准放置花和叶子的地方慢慢敲击，直至植物的色素出来。揭开衬布，一幅美丽的拓印作品跃然“布”上。

这种方法，舍弃观察的非重点，突出重点，减少干扰项，放大观察效果。需要注意，拓印是根据观察需要，只突出事物的一部分特征，要形成整体认识，还需要借助更多观察手段。

六、再造现象，效果放大，虚空现象变实在

实验中，一些真实存在的事物，如磁場、电场、引力场等，人们看不见、摸不着。教学时，可指导学生借助能与这些事物发生作用的物体，通过它们相互作用的效果，让看似虚空的事物变成实实在在的现象，了解其真实性和实在性。

如探究磁铁的磁场时，教师可以指导学生在磁铁上方放一块玻璃，在玻璃上撒一层薄薄的铁粉，轻轻敲动玻璃，就可以看到铁粉在玻璃上的规律性排列，借此推断出磁铁周围磁场的存在形式。

如探究声波时，声波作为一种物理现象，看不见、摸不到。怎样证明声波的存在？教师可以指导学生在碗中放一个扬声器，用气球套住整个碗，在气球表面碗口方向粘一小块镜片，用激光照射在镜片上，镜片会在墙面投射出一定的形状。当扬声器播放不同声音时，由于声波的振动，显示出声波振动的图像，证明声波的存在。探究声波是否具有能量时，教师可以指导学生在点燃的蜡烛前方放一个音叉（距离不要太远），用小棍敲击音叉。如果轻轻敲击，会看见烛焰晃动；如果重重敲击，烛焰可能会熄灭。通过烛焰的变化，推断声波具有能量，并且声波的能量有大小。

以上现象的观察说明：一些事物的特征虽然看不到、摸不到，但并非不存在，借助一定的观察手段，通过事物相互作用产生的现象可以捕捉到。

七、仪器介入，精度放大，细微观察变清晰

在观察活动中，一些微小物体，如微生物、动植物细胞等，不容易用肉眼直接观察到，教学时需要指导学生借助光学仪器，如放大镜、显微镜等，使观察精度提高，便于观察。

利用显微镜观察洋葱鳞片叶表皮玻片标本时，学生的描述往往不够准确，记录常常会出现差异，难以形成统一的认识。教学时，可以指导学生利用手机或平板电脑加显微镜的方法，将它们的摄像头对准显微镜的目镜进行拍摄，用图片的形式呈现在屏幕上，让学生分析观察结果，形成统一认识。

在观察微生物时，由于观察时间太短，学生往往观察不到微生物，即便观察到，也是非常偶然的，难以保存观察结果。为解决这个问题，用手机或平板电脑的录像功能长时间拍摄，记录下微生物的运动，利用视频截取功能重现观察结果，会取得意想不到的效果：有时能清晰地看到“小水塘”中体型“硕大”的草履虫在游动；有时能看到“河水”中水蚤不断跳动的心脏和摆动的胸肢；借助高倍显微镜放大1000倍，还能看到“自来水”中弯弯曲曲的螺旋菌。利用手机加放大镜的方法，还可以清晰地观察蝴蝶的触角、蜻蜓的翅膀、蜗牛的运动、蚂蚁的捕食等。

仪器的介入将人类“放大观察”的思想进行了物化，通过制造并使用各种先进仪器，让观察的尺度与事物的尺度相吻合，实现精准观察的目的。

放大法是观察现象、认识事物的一种手段，需要根据观察目的，聚焦事物的相关属性进行探究。放大法的直接效果是放大，认识事物还需还原。还原时，要通过推理、想象、计算等手段，探究事物的体积、质量、长度、时间等属性，加深对微小、轻小、短小、瞬间等事物特征的认识。放大之后逆向还原，回归事物的本质，是使用放大法需要遵循的重要原则。放大与还原要综合使用，缺一不可。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]王强，郑萍，郭明.小学科学实验教学论[M].北京：人民教育出版社，2015.

[3]陆水峰.创意植物拓印工艺的应用研究[J].丝网印刷，2019（7）：15-22.