創新器材 優化設計

葉正輝

【摘 要】科學教師要善于創新實驗器材、優化實驗設計來提升課堂實驗的效率。教科版五年級上“物體的顏色與吸熱”“陽光直射、斜射與吸熱”這兩個實驗，操作煩瑣，實驗限制較多，效果不佳。對這兩個實驗進行優化設計，將兩個實驗的操作巧妙地合并在一起，能夠大大節省實驗時間，再用小太陽燈管來代替太陽，則不受陰雨天的影響。改進后的實驗，操作輕松簡單，且成功率高。

【關鍵詞】光和熱 照射角度 實驗改進 器材

一、實驗存在的問題

《怎樣得到更多的光和熱》一課是教科版五年級上的內容。教科書要求學生把黑色紙、粉色紙、鋁箔紙、黑色蠟光紙、白紙等不同顏色的材料對折成紙袋，分別插上溫度計來進行實驗。教科書中一共安排了兩個實驗，第一個實驗是“物體的顏色與吸熱”（此實驗中還包含一個物體表面光滑程度與吸熱的實驗），把材料平放在有陽光照射的地面上，比較它們的升溫情況，并由觀察到的現象得出深色物體比淺色物體升溫快，表面粗糙的物體比光滑的物體升溫快。第二個實驗是“陽光直射、斜射與吸熱”，把三個黑色的材料分別按與地面平行、與地面垂直、與陽光垂直這三個角度擺放，比較它們的升溫情況，并由觀察到的現象得出與陽光垂直擺放的材料升溫快。但是這樣的實驗設計和材料選擇存在著一定的瑕疵，在實際課堂教學中很難完成這兩個實驗，存在的問題主要有以下幾點。

（一）教學時間不夠

教材僅安排了一課時的教學時間，但書上有兩個實驗，每個實驗光計時觀察就要10分鐘，再加上實驗材料的收發與更換，上下樓梯所花費的時間等，基本上兩個實驗觀察完下課鈴就響了，教師根本沒時間分析、討論、交流、總結。

（二）實驗成功率低

以“物體的顏色與吸熱”這一個實驗為例，要控制的因素有很多，受擺放地溫度、擺放方式、擺放時間、地面傾斜度等因素的影響，每次實驗都有很多學生“不明原因”的失敗，影響實驗規律的發現，有的學生還因此得出了錯誤的實驗結論，而且這種親身經歷的“事實”往往會在學生的頭腦中扎根，很難改變。

（三）實驗太累

為了實驗效果明顯，我們總是會選擇陽光猛烈的時間做實驗，上有火熱的太陽，下有發燙的地面，在這樣的環境中待一節課，學生、教師都遭罪。特別是教師，在火熱的太陽下得待好幾節課，所有科學教師都反映上到這一課時累癱了。

（四）受天氣限制

如果有些班級上這一課時碰到下雨或者陰天不見太陽的天氣，實驗就做不了了。

二、實驗的優化設計與器材制作

針對上述問題，筆者改進了實驗方案，設計了一個全新的實驗（圖1）。用能發光、發熱的燈泡來充當太陽，8個紙袋在小太陽周圍圍成一個圓圈，小太陽在圓心位置，1號至6號都和小太陽的燈光垂直，7號、8號是不同角度的斜射。1號、2號、3號一組的數據可研究顏色深淺對吸熱的影響。1號和4號、2號和5號、3號和6號的數據對比可研究表面光滑程度對吸熱的影響，1號、7號、8號的數據合起來就能研究光照角度對吸熱的影響。

根據改進后的實驗設計方案，筆者對實驗器材也進行了改進。

（一）溫度計的選擇與固定

溫度計是實驗成敗的核心材料之一。大多數學校都配有溫度計，但從筆者所在學校溫度計的情況來看，指示的精度比較差。筆者所在學校實驗室中有近400支溫度計，常溫下指示溫度各不相同，因此在進行此實驗時教師有必要對溫度計進行篩選，確保實驗效果與實驗數據的準確性。

選擇好溫度計后，對其進行固定是保證實驗安全的要素之一。那么，該如何固定這些易折的玻璃制品呢？筆者的做法是在固定紙袋的外壁上折出凹槽，將溫度計的下端插入，并將其粘在袋子內，上端繃一根橡皮筋（圖2）。如此既能比較簡便地固定住溫度計，且拆裝也比較方便。

（二）外壁材料的選擇

所有的溫度計都是固定在外壁上的，所以外壁必須圍成一個圓形，使各溫度計與處在圓心的燈管能保持相同的距離。經多次嘗試不同的材料，筆者認為用鋼網比較容易制作外壁，鋼網彈性好，易圍成圓形。制作溫度計的固定槽也方便，只要放根小銅棒，再用老虎鉗一夾就能做成。而且牢固耐用，不用的時候可拆開，幾個疊在一起存放，既省地方還不易散失，方便下一年繼續使用。

但在實際使用中，筆者也發現了一個問題，光透出鋼網照在學生眼睛上，會對學生的視力造成影響。為此，筆者特別在鋼網外表面糊了層紙，這樣學生觀察時就安全了。

（三）袋子的固定

由于外壁是圓形的，圖1所述實驗方案中1號至6號袋子只要平貼在外壁上，和處在圓心的燈管保持相同的距離，就能完成書本中的第一個實驗。而7號、8號袋子的安裝，因為需要有角度變化，為此筆者剪斷了鋼網上的兩根鋼絲并往外折相應的角度，再將7號、8號的半個袋子固定在這兩根鋼絲上，這樣，7號、8號袋子就與中心的燈管形成了一定的角度，且與燈管距離沒變，能與1號袋子組合，完成書中的第二個實驗，成功地將兩個實驗并在了一起操作，從而節省了時間。

（四）中心燈管的選擇

中心燈管代替太陽，功率不能太小，否則實驗現象不明顯，且燈管的大小還要能夠契合外壁這個圓形的大小，筆者最終選擇了500W的小太陽燈管，剛好能滿足實驗要求，在10分鐘內能明顯地觀察到所需的實驗現象。

三、改進實驗的效果與優點

筆者將制作好的實驗器材在課堂上進行了嘗試，將各組觀察到的數據統計、匯總后，求得平均數（表1）。

從表1中的1號黑色、2號紅色、3號白色這三組數據能得到結論：物體顏色越深，吸收的熱量越多；物體顏色越淺，吸收的熱量越少。從1號黑色與4號黑色蠟光紙、2號紅色與5號紅色蠟光紙、3號白色與6號鋁箔紙這六組數據對比能得到結論：物體表面越粗糙，吸收的熱量越多；物體表面越光滑，吸收的熱量越少。從表1中的1號黑色（直射）、7號約50°斜射、8號約10°斜射這三組數據能得到結論：光照射角度越大，物體吸收的熱量越多；光照射角度越小，物體吸收的熱量越少。

從以上的課堂實踐結果來看，對“物體的顏色與吸熱”“陽光的直射、斜射與吸熱”兩個實驗的優化設計是合理可操作的，具有實用價值，而關于實驗器材的制作上，還可以有進步的空間。

（浙江省新昌縣實驗小學 312500）