小學科學光色散與合成實驗的改進與創新
高翔
廈門思明區教師進修學校
摘要： 小學科學學科十分重視實驗教學。 為了獲得更好的教學效果，教師必須對實驗進行深入的研究，為學生提供更加合理的實驗設備和實驗方法。 針對小學光的色散與合成科學實驗中存在的問題和不足，進行合理的改進和創新，使實驗結果更加明顯，實驗設計更具探索性。
關鍵詞：光的色散； 光的合成； 小學科學
一、實驗目的及要求
江蘇教育出版社出版的小學科學《光與色》單元第四課《光的七種顏色》中，課程標準對學生提出了“認識光有顏色、了解光的色散現象”的教學要求。陽光?！?從提供的教材分析，主要包括“了解太陽光的色散現象”、“了解濾光的基本方法和原理”、“知道光可以合成，顏色會變化”三個主要內容。合成不同的光后”。 因此，通過模擬實驗，啟發學生深入思考現象，對觀察到的現象提出合理的解釋，必然會取得良好的教學效果。
為了實現教學目標，教材演示提供了兩個主要探究性實驗，即探索光的色散和光的合成。 光的分散提供了兩種選擇：一是引導學生到戶外，背對太陽，向空氣中噴水進行觀察。 二是將鏡子斜放在室內的水槽中，用手電筒的光照射水下的鏡子，在手電筒上方用白紙做屏風觀察； 對于光的合成，使用了一個簡單的“牛頓盤”，即將不同的顏色組合應用到圓盤上，并通過旋轉圓盤進行觀察。
在小學科學教學中，提倡“用課本教學”的理念。 為了達到更好的教學效果，往往要求教師對實驗進行研究，為學生提供更合理的實驗設備和實驗方法。
2. 光色散與合成實驗的改進與創新
(1)光色散實驗的改進
1. 光色散實驗的缺點
教學時，為了證明太陽光不是燦爛的光，通常會安排學生制作彩虹的演示或實驗。 空中彩虹形成的基本原理表明，當陽光以不同角度入射到雨后懸浮在空氣中的大量小水滴時，進入水滴時，先發生折射，然后以不同角度反射到彩虹上。水滴的背面，最后留下水滴。 當再次折射時，雨后形成的彩虹光譜呈現上紅色、下紫色。
在教學實踐中，根據教材提供的參考實驗進行教學存在以下問題：方法一采用室外噴霧實驗，易受天氣因素影響，現象停留時間過短； 方法2會因手電筒光線不足而出現問題。 分散現象不明顯； 當學生拿著手電筒照射時，他們的手會顫抖。 合作探索時，學生會觸摸桌子，導致水面晃動，造成分散現象不穩定，不利于長期仔細觀察；
參考多方資料顯示，在彩虹演示裝置中，最有教學價值的應該是臺灣逢甲大學光電系利用小玻璃珠演示彩虹現象的實驗裝置。 通化師范大學物理系鄭明才和于海改進了彩虹演示裝置。 將演示材料的主要玻璃珠更改為透明樹脂珠。 這種實驗裝置最接近真實場景，效果明顯，但設備準備難度大。 有些老師使用非常大的水滴，例如燒瓶或廢棄的燈泡，或使用裝滿水的燒杯來創造彩虹。 實驗過程中這種現象并不明顯。 還有利用薄膜干涉的方法，比如肥皂膜分散演示，比如在陽光下觀察肥皂泡，用VCD光盤反射陽光等，實驗原理涉及到光的衍射和薄膜干涉現象。 雖然很容易形成類似彩虹的現象，但不利于向學生解釋實驗原理。 一些老師使用幻燈機和棱鏡來創造彩虹。 他們將棱鏡以一定角度放置在幻燈機上方的凸透鏡上。 接通電源后，屏幕上會出現七種顏色的明亮多彩的弧形光譜。 然而幻燈機已被大多數學校淘汰，顯然不容易準備。
2. 實驗改進
本課的彩虹實驗其實只是為了說明光可以分解成多種顏色的光。 因此，光通過棱鏡的色散實驗可以達到同樣的效果，更好地引起學生對白光是否是純色光的懷疑。 為了方便教學，我們應該使用常用的教學設備。 為了便于學生觀察和探索，實驗現象必須明顯穩定。 經過研究和嘗試，采取以下改進方案。 如圖1所示：
先拆下鐵架上的立桿，然后用十字夾將其固定在鐵架上。 此時，垂直桿變成水平桿。 將兩個十字夾固定在橫桿左側，將兩個試管夾固定在十字夾的另一端。 外側的試管夾用于固定強光LED手電筒，鐵架上的試管夾用于固定棱鏡。 另一面放置一塊白色KT板作為屏幕。 接下來，調整手電筒與棱鏡的距離以及棱鏡的方向，完成整個設備的組裝。 調整過程中要注意調整設備，保證重心，避免設備不穩定。
實驗改進遵循就地取材的原則，使用實驗室常用設備進行組裝。 制作簡單，穩定可靠。 使用強手電筒，使穿過棱鏡的光線進一步擴散，在屏幕上形成明亮的弧形彩虹狀現象。 其次，如果手電筒和棱鏡的角度調節得好，產生的彩虹就可以顯示在桌子上。 因此，這個實驗也可以讓學生清楚地看到手電筒發出的光發生了偏轉，有助于理解色散是光通過棱鏡折射的現象，了解其原理。 穩定的現象還可以讓學生探索彩虹現象有多少種顏色以及顏色是如何排列的，更具探索性。
(2)光合成實驗創新。
1. 光合成實驗的缺點
用一個簡單的“牛頓盤”來探索光的合成實驗。 通過高速旋轉圓盤英語作文，您可以看到不同顏色的光似乎混合在一起并發生變化的現象。 其原理與中國古代的“走馬燈”和現代電影的技術相同，都是利用人類視覺暫留的生理現象。 以紅盤和藍盤為例。 當物體快速移動時，人眼看到的紅色消失，但紅色仍能保持紅色約0.1-0.4秒。 這時，又看到了藍色。 結果，紅色消失。 視頻持續存在，形成紅色、藍色和其他顏色的混合物。 顯然，這個實驗有兩個重大科學問題值得討論。 首先，實驗使用的不是發光體，而是反射體。 實驗反映的是不同顏色的混合，而不是不同顏色的單色光的混合。 其次，該實驗采用視覺暫留原理，無法直接演示不同顏色單色光的混合。
2、光合成實驗創新
如何才能讓實驗原理更加科學，讓觀察更加直接直觀？ 經過研究，在光的合成方面取得了創新。 實驗需要準備三個強光手電筒、紅、綠、藍氣球光的色散，一個廢棄的白色塑料瓶等。實驗時，根據濾光的基本方法和原理，有色透明物體主要透射相同的光。顏色，以及幾乎所有其他顏色的光都被吸收。 藍色氣球只能透過藍光，而紅色氣球只能讓紅光通過。 學生可以把氣球放在強光手電筒上，用橡皮筋扎緊，打開手電筒開關，就能得到三種顏色的單色光。 接下來，可以引導學生在桌面上放一張白紙作為屏幕，打開不同顏色的手電筒，進行不同光線組合的混合實驗。 為了獲得更好的效果，建議將白色塑料瓶的底部切掉，制成類似燈罩的裝置光的色散，并將其掛在鐵架上。 然后將手電筒放在瓶子底部，打開朝向瓶子的開關，看得更清楚。 我看到了光的混合。 如圖2所示。
教學時，可以利用手電筒制作單色光實驗，幫助學生了解濾光的原理和方法。 利用“光的三基色”，即紅、綠、藍三色不能被分解。 混合兩種或兩種可以產生更明亮的中間色，例如黃色、青色、品紅色等。三種單色光也可以等量組合。 白光和改進后的實驗裝置直接直觀地展示了不同單色光混合時發生的變化。
創新的光合成實驗解決了原有演示實驗中存在的問題。 實驗視覺效果的改善是顯而易見的。 光線混合后，顏色鮮艷有趣，讓學生真正感受到光與色的無限神秘，在實驗過程中充滿興趣。 由于材料和實驗方法是結構性的，學生可以獨立混合不同顏色的光，也可以通過調節不同單色光的量來改變顏色。 該實驗具有較強的探索價值。 有助于學生積累經驗，全面獲取信息，通過簡單的思維處理，構造出自己的解釋或結論：太陽光是不同顏色的光的混合體，并且知道這個結果應該能夠反復驗證。 該裝置在2014年全國小學科學年會上進行了展示，得到了與會人員的充分認可。
事實上，為了證明太陽光不是純白光，牛頓還進行了光色散和光合成兩個實驗，這使得他的發現合乎邏輯，經得起眾多科學家的推敲和質疑。 因此，本課程的教學適宜結合牛頓研究太陽光的科學史故事，采用“以探究性話題的形式引入科學史”的教學方法。 通過觀察光的色散實驗引起的現象，會對太陽光是否是純光提出疑問，然后通過光合成實驗反駁它，讓學生認識到白光也可能與不同顏色的光混合。 這種教學設計可以讓學生跟隨科學家的探索思路，體驗科學家研究過程中出現的類似爭論和疑惑，了解科學家的思維發展過程； 它還可以讓學生了解科學家如何發現、分析和解決問題。 問題，了解科學研究的一般方法，培養學生的探究能力。
高翔. 小學科學光色散與合成實驗的改進分析[J]. 實驗教學與儀器，2015，32(10)：58-59。
