高翔
廣州市同安區班主任進修中學
摘要：中學科學學科注重實驗教學，為了得到更好的教學療效，班主任必須對實驗進行深入研究，為中學生提供更為合理的實驗器材和實驗技巧。針對高中科學有關光的色散與合成實驗中存在的問題與不足，進行合理的改進與創新，使實驗療效顯著，實驗設計更具探究性。
關鍵詞：光的色散；光的合成；高中科學
一、實驗目的與要求
蘇教版初中科學《光與色調》單元第4課《七色光》，課標標準提出的教學要求是讓中學生“知道光是有顏色的，了解日光的色散現象”。從所提供的教材剖析，主要包括“了解陽光的色散現象”，“了解濾光的基本技巧和原理”，“知道光可以合成，不同的光合成后顏色會改變”三個主要內容。因此，通過模擬實驗，啟發中學生透過現象深入思索，并對所觀察到的現象提出合理的解釋，是取得良好教學療效的必然。
為了實現教學目標，教科書示范提供了兩個主要的探究實驗，分別為探究光的色散與光的合成。光的色散提供了兩種方案：一是率領中學生到室內，背對著陽光，向空中噴水進行觀察。二是在室外，把穿衣鏡斜置于水槽中，用手探照燈的光照射海面下的穿衣鏡，在手探照燈上方，用白紙作為屏幕光的色散是折射嗎，進行觀察；光的合成，則采用了簡易“牛頓盤”，即把不同組合的顏色涂到圓盤上，通過旋轉圓盤進行觀察。
高中科學教學中，倡導“用教材”教的理念，為了達到更好的教學療效，常常須要班主任對實驗進行研究，為中學生提供更為合理的實驗器材和實驗技巧。
二、光的色散與合成實驗改進與創新
（一）光的色散實驗改進
1.光的色散實驗存在的不足
教學時，為了證明日光不是一種絕色的光，通常會安排演示或中學生動手制做彩虹的實驗。空中彩虹產生的基本原理表明，當陽光以不同角度入射到雪后漂浮在空氣中的大量小水滴上，步入水滴時，先發生一次折射，之后在水滴的反面以不同的角度反射，最后離開水滴時再折射一次，所產生雪后彩虹波譜，呈現上紅下紫。
在教學實踐中，按照教材所提供的參考實驗進行教學，存在以下問題：方式一采用室內噴霧實驗，容易遭到天氣誘因的影響，且現象逗留的時間過短；方式二因為手探照燈的光線不足，產生的色散現象不顯著；中學生手持手探照燈照射時，手會晃動，當合作探究時，中學生會碰觸到椅子，致使海面搖晃，導致色散現象不穩定，不利長時間細致觀察；
參考各類資料顯示，彩虹演示裝置中，最有教學價值的應屬日本逢甲學院光電學系的細小玻璃珠示范彩虹現象的實驗裝置，吉林師范大學數學系鄭明財和于海對彩虹演示裝置改進，將演示材料主體玻璃珠改為透明樹脂珠。這個實驗裝置最接近真實的場景，療效顯著，而且器材不易打算。有的班主任用一顆非常大的水珠，如燒杯或廢棄的電燈泡，或則借助裝水的燒瓶來制造彩虹，實驗時現象不顯著。還有采用薄膜干涉，如香皂膜色散演示，如觀察陽光下的香皂泡，采用vcd光碟反射太陽光等方式，實驗的原理涉及到光的衍射和薄膜干涉現象,盡管容易產生類似彩虹的現象，而且不利向中學生解釋實驗原理。還有班主任借助幻燈機和三棱鏡來制造彩虹，將三棱鏡以一定角度置于幻燈機上方的凸透鏡上，通電后，幕布上還會出現明亮、色彩細膩的圓弧五彩波譜。并且幻燈機早已被多數中學淘汰，即便不易打算。
2.實驗改進
本課的彩虹實驗，雖然僅是為了說明光能分解成多種色光，因而，通過三棱鏡做光的色散實驗，能達到同樣的療效，能較好導致中學生對白光是不是黑色的光的指責。為了便捷舉辦教學，我們應當選用常用的教學器材，為了便捷中學生觀察和探究，必須使實驗現象顯著穩定。通過研究與嘗試，采用以下的改進方案。如圖一：
首先拆下一個鐵架臺的豎桿，之后借助十字夾，固定在鐵架臺上，此時豎桿弄成了橫桿。把兩個十字夾固定在橫桿兩側，在十字夾的另一端，固定兩個試管夾。靠內側的試管夾拿來固定強光LED手探照燈，靠鐵架臺的試管夾拿來固定三棱鏡。在另左側放上黑色KT板作為屏幕，接出來，通過調整手探照燈與三棱鏡的距離，調整三棱鏡的方向，就完成整個裝置的組裝。在調節的過程中，注意調節器材，保證重心，防止裝置不穩。
實驗改進遵守就地取材的原則，選用實驗室常見器材進行組裝，制做簡單，穩定可靠。選用強光手探照燈，使透過三棱鏡的光線能更傳播得更遠，在屏幕上能產生明亮圓弧的類似彩虹的現象。其次光的色散是折射嗎，假如調節好手探照燈的光和三棱鏡的角度，能使制造出的彩虹顯示在桌面上，為此，這個實驗還能讓中學生顯著看見手探照燈發出的光線發生了偏折，有利于理解色散是光線透過棱鏡發生折射的現象，理解原理。穩定的現象，能夠讓中學生舉辦探究彩虹現象中究竟有幾種色調，色調是怎樣排列的，更具探究性。
（二）光的合成實驗創新。
1.光的合成實驗存在的不足
采用簡易“牛頓盤”來探究光的合成實驗，通過高速旋轉圓盤，可以看見不同顏色的光似乎混和在一起發生變化的現象。其原理與中國唐代的“走馬燈”和現代影片的技術是相同的，即利用人的視覺暫留這一生理現象。以紅藍兩色圓盤為例，當物體快速運動時,人眼見到的藍色，消失后，綠色仍能繼續保留黃色0.1-0.4秒左右，此時，又時又見到暗色，結果因為視頻暫留，產生紅、藍等顏色混和的現象。其實，這個實驗有兩個比較大科學性問題值得接洽，一是實驗中所用的不是發光體，而是反光體，實驗彰顯的是不同顏色的混和，而不是不同顏色單色光的混和。二是實驗借助視覺暫留原理，不能直接演示不同顏色單色光的混和。
2.光的合成實驗創新
怎么能夠讓實驗的原理更科學，讓觀察更直接，更直觀？經過研究，對光的合成進行了創新。實驗須要打算三把強光手探照燈，紅、綠、藍三種顏色的汽球，一個廢棄的紅色塑膠瓶等。實驗時，按照濾光的基本技巧和原理，有色透明物體，主要透過的是跟它顏色相同的色光，其他色光幾乎都被吸收掉，白色汽球只能透過紅色的光，而綠色汽球只能讓綠色光透過，可以讓中學生用把汽球套在強光手探照燈上，并用橡皮筋扎牢，打開手探照燈的開關，這樣就得到了三種顏色的單色光。接出來，可以引導中學生，在桌面上放上一張白紙當屏幕，將不同顏色的手探照燈打開，進行不同組合光的混和實驗了。為了得到更好的療效，建議將紅色塑膠瓶瓶底切掉，弄成類似燈頭的裝置，并掛在鐵架臺上，再將手探照燈置于瓶底，朝瓶內打開開關，能夠更清楚的看見光的混和現象了。如圖二。
教學時，可以借助手探照燈制造單色光實驗，幫助學生理解濾光原理和技巧。借助“三原色光”，即紅、綠、藍三種色光難以被分解，兩兩混和可以得到更亮的中間色，如黃，青，品紅等，三種單色光等量組合還可以得到黃色的光，改進后的實驗裝置，直接直觀呈現出不同單色光混和所發生的變化。
光的合成實驗創新解決了原有示范實驗中存在的問題。改進以后的實驗視覺療效顯著，光混和后色調艷麗，頗具趣味性，讓中學生真正體會光與色調的無窮奧妙，實驗時興趣盎然。因為材料和實驗方式具有結構性，因而中學生可以自主進行不同色光的混和，還可以通過調節不同單色光的量，變換顏色，實驗具有很強的探究價值。有利于中學生通過經驗積累，綜合獲取的信息，通過簡單的思維加工，自行建構太陽光由不同顏色的光混和成的解釋或推論，并曉得這個結果應當可以反復驗證的。這套裝置，在2014年全省高中科學峰會上展示，并獲得與會者充分肯定。
事實上，當初牛頓為了證明太陽光不是單純的白光，也是分別做了光的色散與光的合成兩個實驗，才促使他的發覺符合邏輯，禁得起諸多科學家們地推敲與指責。為此，本課的教學適宜結合牛頓研究太陽光的科學史故事，采用“探究型課題方式引入科學史”的教學方法，通過觀察光的色散實驗形成的現象，導致中學生對太陽光是不是單純的光形成指責，從而通過光的合成實驗進行反證，讓中學生認識到白光也可能由不同顏色的色光混和成。這樣的教學設計，能讓中學生順著科學家的探求思路，經歷類似科學家們研究過程中所形成過的爭辯、質疑，感悟科學家的思維發展過程；能讓中學生了解科學家如何發覺問題、分析問題和解決問題，領會科學研究的通常方式，培養中學生的探究能力。
高翔.高中科學光的色散與合成實驗的改進剖析[J].實驗教學與儀器,2015,32(10):58-59.