小学科学光色散与合成实验的改进与创新
高翔
厦门思明区教师进修学校
摘要： 小学科学学科十分重视实验教学。 为了获得更好的教学效果，教师必须对实验进行深入的研究，为学生提供更加合理的实验设备和实验方法。 针对小学光的色散与合成科学实验中存在的问题和不足，进行合理的改进和创新，使实验结果更加明显，实验设计更具探索性。
关键词：光的色散； 光的合成； 小学科学
一、实验目的及要求
江苏教育出版社出版的小学科学《光与色》单元第四课《光的七种颜色》中，课程标准对学生提出了“认识光有颜色、了解光的色散现象”的教学要求。阳光。” 从提供的教材分析，主要包括“了解太阳光的色散现象”、“了解滤光的基本方法和原理”、“知道光可以合成，颜色会变化”三个主要内容。合成不同的光后”。 因此，通过模拟实验，启发学生深入思考现象，对观察到的现象提出合理的解释，必然会取得良好的教学效果。
为了实现教学目标，教材演示提供了两个主要探究性实验，即探索光的色散和光的合成。 光的分散提供了两种选择：一是引导学生到户外，背对太阳，向空气中喷水进行观察。 二是将镜子斜放在室内的水槽中，用手电筒的光照射水下的镜子，在手电筒上方用白纸做屏风观察； 对于光的合成，使用了一个简单的“牛顿盘”，即将不同的颜色组合应用到圆盘上，并通过旋转圆盘进行观察。
在小学科学教学中，提倡“用课本教学”的理念。 为了达到更好的教学效果，往往要求教师对实验进行研究，为学生提供更合理的实验设备和实验方法。
2. 光色散与合成实验的改进与创新
(1)光色散实验的改进
1. 光色散实验的缺点
教学时，为了证明太阳光不是灿烂的光，通常会安排学生制作彩虹的演示或实验。 空中彩虹形成的基本原理表明，当阳光以不同角度入射到雨后悬浮在空气中的大量小水滴时，进入水滴时，先发生折射，然后以不同角度反射到彩虹上。水滴的背面，最后留下水滴。 当再次折射时，雨后形成的彩虹光谱呈现上红色、下紫色。
在教学实践中，根据教材提供的参考实验进行教学存在以下问题：方法一采用室外喷雾实验，易受天气因素影响，现象停留时间过短； 方法2会因手电筒光线不足而出现问题。 分散现象不明显； 当学生拿着手电筒照射时，他们的手会颤抖。 合作探索时，学生会触摸桌子，导致水面晃动，造成分散现象不稳定，不利于长期仔细观察；
参考多方资料显示，在彩虹演示装置中，最有教学价值的应该是台湾逢甲大学光电系利用小玻璃珠演示彩虹现象的实验装置。 通化师范大学物理系郑明才和于海改进了彩虹演示装置。 将演示材料的主要玻璃珠更改为透明树脂珠。 这种实验装置最接近真实场景，效果明显，但设备准备难度大。 有些老师使用非常大的水滴，例如烧瓶或废弃的灯泡，或使用装满水的烧杯来创造彩虹。 实验过程中这种现象并不明显。 还有利用薄膜干涉的方法，比如肥皂膜分散演示，比如在阳光下观察肥皂泡，用VCD光盘反射阳光等，实验原理涉及到光的衍射和薄膜干涉现象。 虽然很容易形成类似彩虹的现象，但不利于向学生解释实验原理。 一些老师使用幻灯机和棱镜来创造彩虹。 他们将棱镜以一定角度放置在幻灯机上方的凸透镜上。 接通电源后，屏幕上会出现七种颜色的明亮多彩的弧形光谱。 然而幻灯机已被大多数学校淘汰，显然不容易准备。
2. 实验改进
本课的彩虹实验其实只是为了说明光可以分解成多种颜色的光。 因此，光通过棱镜的色散实验可以达到同样的效果，更好地引起学生对白光是否是纯色光的怀疑。 为了方便教学，我们应该使用常用的教学设备。 为了便于学生观察和探索，实验现象必须明显稳定。 经过研究和尝试，采取以下改进方案。 如图1所示：
先拆下铁架上的立杆，然后用十字夹将其固定在铁架上。 此时，垂直杆变成水平杆。 将两个十字夹固定在横杆左侧，将两个试管夹固定在十字夹的另一端。 外侧的试管夹用于固定强光LED手电筒，铁架上的试管夹用于固定棱镜。 另一面放置一块白色KT板作为屏幕。 接下来，调整手电筒与棱镜的距离以及棱镜的方向，完成整个设备的组装。 调整过程中要注意调整设备，保证重心，避免设备不稳定。
实验改进遵循就地取材的原则，使用实验室常用设备进行组装。 制作简单，稳定可靠。 使用强手电筒，使穿过棱镜的光线进一步扩散，在屏幕上形成明亮的弧形彩虹状现象。 其次，如果手电筒和棱镜的角度调节得好，产生的彩虹就可以显示在桌子上。 因此，这个实验也可以让学生清楚地看到手电筒发出的光发生了偏转，有助于理解色散是光通过棱镜折射的现象，了解其原理。 稳定的现象还可以让学生探索彩虹现象有多少种颜色以及颜色是如何排列的，更具探索性。
(2)光合成实验创新。
1. 光合成实验的缺点
用一个简单的“牛顿盘”来探索光的合成实验。 通过高速旋转圆盘英语作文，您可以看到不同颜色的光似乎混合在一起并发生变化的现象。 其原理与中国古代的“走马灯”和现代电影的技术相同，都是利用人类视觉暂留的生理现象。 以红盘和蓝盘为例。 当物体快速移动时，人眼看到的红色消失，但红色仍能保持红色约0.1-0.4秒。 这时，又看到了蓝色。 结果，红色消失。 视频持续存在，形成红色、蓝色和其他颜色的混合物。 显然，这个实验有两个重大科学问题值得讨论。 首先，实验使用的不是发光体，而是反射体。 实验反映的是不同颜色的混合，而不是不同颜色的单色光的混合。 其次，该实验采用视觉暂留原理，无法直接演示不同颜色单色光的混合。
2、光合成实验创新
如何才能让实验原理更加科学，让观察更加直接直观？ 经过研究，在光的合成方面取得了创新。 实验需要准备三个强光手电筒、红、绿、蓝气球光的色散，一个废弃的白色塑料瓶等。实验时，根据滤光的基本方法和原理，有色透明物体主要透射相同的光。颜色，以及几乎所有其他颜色的光都被吸收。 蓝色气球只能透过蓝光，而红色气球只能让红光通过。 学生可以把气球放在强光手电筒上，用橡皮筋扎紧，打开手电筒开关，就能得到三种颜色的单色光。 接下来，可以引导学生在桌面上放一张白纸作为屏幕，打开不同颜色的手电筒，进行不同光线组合的混合实验。 为了获得更好的效果，建议将白色塑料瓶的底部切掉，制成类似灯罩的装置光的色散，并将其挂在铁架上。 然后将手电筒放在瓶子底部，打开朝向瓶子的开关，看得更清楚。 我看到了光的混合。 如图2所示。
教学时，可以利用手电筒制作单色光实验，帮助学生了解滤光的原理和方法。 利用“光的三基色”，即红、绿、蓝三色不能被分解。 混合两种或两种可以产生更明亮的中间色，例如黄色、青色、品红色等。三种单色光也可以等量组合。 白光和改进后的实验装置直接直观地展示了不同单色光混合时发生的变化。
创新的光合成实验解决了原有演示实验中存在的问题。 实验视觉效果的改善是显而易见的。 光线混合后，颜色鲜艳有趣，让学生真正感受到光与色的无限神秘，在实验过程中充满兴趣。 由于材料和实验方法是结构性的，学生可以独立混合不同颜色的光，也可以通过调节不同单色光的量来改变颜色。 该实验具有较强的探索价值。 有助于学生积累经验，全面获取信息，通过简单的思维处理，构造出自己的解释或结论：太阳光是不同颜色的光的混合体，并且知道这个结果应该能够反复验证。 该装置在2014年全国小学科学年会上进行了展示，得到了与会人员的充分认可。
事实上，为了证明太阳光不是纯白光，牛顿还进行了光色散和光合成两个实验，这使得他的发现合乎逻辑，经得起众多科学家的推敲和质疑。 因此，本课程的教学适宜结合牛顿研究太阳光的科学史故事，采用“以探究性话题的形式引入科学史”的教学方法。 通过观察光的色散实验引起的现象，会对太阳光是否是纯光提出疑问，然后通过光合成实验反驳它，让学生认识到白光也可能与不同颜色的光混合。 这种教学设计可以让学生跟随科学家的探索思路，体验科学家研究过程中出现的类似争论和疑惑，了解科学家的思维发展过程； 它还可以让学生了解科学家如何发现、分析和解决问题。 问题，了解科学研究的一般方法，培养学生的探究能力。
高翔. 小学科学光色散与合成实验的改进分析[J]. 实验教学与仪器，2015，32(10)：58-59。
