“光的強弱與溫度”模擬實驗裝置的改進

黃其梅

摘 要 在探究光的強弱與溫度的關系時，結合實際教學過程中發現的問題，設計并自制“光的強弱與溫度”模擬實驗裝置，以使實驗過程更科學、嚴謹、直觀。在教師的引導下，學生利用模擬實驗裝置進行自主探究，激發學生學習科學的興趣，提高學生科學探究能力、科學思維能力。

關鍵詞 小學科學 光的強弱 溫度 實驗裝置

《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》明確指出，科學探究是獲取科學知識的主要途徑，組織以學生為主體的探究式學習是落實小學科學學科核心素養的關鍵，在教學過程中教師要注重創設學習情境，為學生提供充分的探究學習機會，以提高課堂學習效率和學習效果。科學探究離不開物質材料的支持，精心設計的教具學具可以幫助學生更好地理解抽象、難懂的科學知識，加深對科學概念的理解，體驗科學探究過程，激發學習興趣，增強動手能力和創新精神，提高科學素養。

“光的強弱與溫度”模擬實驗裝置來源于教科版《科學》五年級上冊第二單元第五課“光與熱”，本課的重點和難點是指導學生探究光的強弱與溫度的關系，通過對比實驗驗證“光強溫度就高，光弱溫度就低”。筆者在參照教材提供的實驗方法指導學生進行實驗操作時，不斷發現問題并及時改進，最終設計制作了新的模擬實驗裝置。

一、教材實驗方法存在的問題

教材實驗方法如圖1所示，分別用一面鏡子和多面鏡子進行照射，對比探究光的強弱與溫度的關系。在教學過程中，筆者發現該實驗方法在實際操作過程中存在以下不足。

1.環境要求高

教材實驗操作顯示是將溫度計放置在操場背陰處，然后用鏡子將太陽光反射到溫度計液泡處，從而觀察溫度的變化。該實驗對天氣和場地的要求較高，需在空曠的場地且陽光充足、光照強度均衡的情況下才能順利開展，若遇到陰雨天或有云朵經過，則該實驗都不能順利進行。

2.操作難度大

按教材實驗操作，三面鏡子至少需要兩位學生手持，因該實驗難以快速匯聚光線，所需實驗時間相對較長。學生手持鏡子，容易出現手抖，無法將光線持續照射到溫度計液泡處;手持溫度計的學生容易將身體擋住陽光;在光照強的情況下進行操作，部分學生會缺乏耐心，個別學生甚至會出現中暑現象。

3.數據精度低

由于實驗操作難度大，很多學生在實驗時有部分光斑并不在液泡處;傳統溫度計測量速度慢，數據不明顯;戶外實驗過程中光照強度變化快;通過目測比較光斑的明暗來判斷光的強弱……這些原因導致實驗過程不嚴謹，得出的數據不精確。

二、改進實驗裝置

為了讓學生更科學、高效、直觀地完成本實驗，通過嚴謹的數據得出結論，筆者針對以上不足，對教材出示的實驗方法進行認真研究，搜集相關技術，改進并設計出了新的模擬實驗裝置。經過反復實驗，改進后的模擬實驗裝置在實際教學中能較好地完成教學目標。改進實驗裝置如圖2所示。

三、改進實驗裝置的創新點

1.突破環境制約

選擇用最接近太陽的可調節亮度的白熾燈模擬太陽，設計并制作了一個便攜式實驗臺，使實驗在室內就可以很好地開展，解決了天氣和場地受限的問題，同時，如果天氣正好，也可很容易地在室外完成該實驗。

2.解放學生雙手

本實驗裝置主要由可調節亮度的白熾燈和高精度分體式照度計組合而成，其中模擬太陽的白熾燈和照度計探頭都可360°旋轉，并隨意調整角度和距離，讓學生把更多的精力投入到分析數據和得出結論上。

3.精確實驗數據

本實驗裝置所使用的可調節亮度的白熾燈，很好地實現了控制光的強弱這個變量;所用的照度計，不僅可測光照強度還可測溫度，方便快捷、精確且直觀，并且可通過藍牙連接APP實現實時更新數據和儲存數據的功能，方便后續校對數據。本裝置讓每位學生都能參與到觀察和記錄光照強度和溫度的變化活動中，以嚴謹的實驗過程得出光的強弱與溫度的關系。

4.彰顯變量關系

本實驗中，筆者改進了原有的實驗記錄單，由原有的“鏡子數（光的強弱）—溫度關系”圖表轉化為“光照強度—溫度關系”圖表，使光的強弱與溫度的關系更加嚴謹和直觀。同時，筆者還指導學生在電腦上處理和分析數據，從而提升學生運用信息技術的能力。

四、改進實驗裝置的優點

1.降低實驗難度，保護探究主動性

通過改進本課實驗儀器，使學生不受天氣和場地的限制，在室內也能順利開展實驗。并且在實驗操作上降低了難度，使學生很容易獲得實驗的成功，保護了他們主動探究的熱情和欲望，有利于后續科學課學習和探究活動的開展。

2.提高數據精度，增強實驗有效性

實驗通過可調節亮度的白熾燈和高精度分體式照度計的組合，解放了學生的雙手，精確地獲得光照強度和溫度的相關數據，讓每位學生都能更好地觀察光照強度和溫度的變化關系并得出結論，從而提高實驗的有效性。

3.引用先進儀器，感悟科技應用性

本實驗運用可調節亮度的白熾燈和可以同時獲取光照強度和溫度數值的照度計進行實驗，讓學生再一次領悟到科學技術的進步對生產生活的影響，很好地完成了新課標對工程技術領域的要求，做到了領悟新課標，活用舊教材。

4.優化實驗器材，提升裝置推廣性

本裝置在本單元多課的實驗教學中皆可使用，由于本裝置可自由調節燈光與感應探頭的距離及光照強弱，便于學生進行拓展性研究，除了可探究同一距離不同檔位光照強度與溫度的關系，還可研究同一檔位光照強度不同距離對溫度的影響。本實驗所用到的實驗器材，都是非常簡單且很容易獲得的，能讓更多的教師模仿和使用，具有很強的推廣性。

[責任編輯：陳國慶]