高翔
广州市同安区班主任进修中学
摘要：中学科学学科注重实验教学，为了得到更好的教学疗效，班主任必须对实验进行深入研究，为中学生提供更为合理的实验器材和实验技巧。针对高中科学有关光的色散与合成实验中存在的问题与不足，进行合理的改进与创新，使实验疗效显著，实验设计更具探究性。
关键词：光的色散；光的合成；高中科学
一、实验目的与要求
苏教版初中科学《光与色调》单元第4课《七色光》，课标标准提出的教学要求是让中学生“知道光是有颜色的，了解日光的色散现象”。从所提供的教材剖析，主要包括“了解阳光的色散现象”，“了解滤光的基本技巧和原理”，“知道光可以合成，不同的光合成后颜色会改变”三个主要内容。因此，通过模拟实验，启发中学生透过现象深入思索，并对所观察到的现象提出合理的解释，是取得良好教学疗效的必然。
为了实现教学目标，教科书示范提供了两个主要的探究实验，分别为探究光的色散与光的合成。光的色散提供了两种方案：一是率领中学生到室内，背对着阳光，向空中喷水进行观察。二是在室外，把穿衣镜斜置于水槽中，用手探照灯的光照射海面下的穿衣镜，在手探照灯上方，用白纸作为屏幕光的色散是折射吗，进行观察；光的合成，则采用了简易“牛顿盘”，即把不同组合的颜色涂到圆盘上，通过旋转圆盘进行观察。
高中科学教学中，倡导“用教材”教的理念，为了达到更好的教学疗效，常常须要班主任对实验进行研究，为中学生提供更为合理的实验器材和实验技巧。
二、光的色散与合成实验改进与创新
（一）光的色散实验改进
1.光的色散实验存在的不足
教学时，为了证明日光不是一种绝色的光，通常会安排演示或中学生动手制做彩虹的实验。空中彩虹产生的基本原理表明，当阳光以不同角度入射到雪后漂浮在空气中的大量小水滴上，步入水滴时，先发生一次折射，之后在水滴的反面以不同的角度反射，最后离开水滴时再折射一次，所产生雪后彩虹波谱，呈现上红下紫。
在教学实践中，按照教材所提供的参考实验进行教学，存在以下问题：方式一采用室内喷雾实验，容易遭到天气诱因的影响，且现象逗留的时间过短；方式二因为手探照灯的光线不足，产生的色散现象不显著；中学生手持手探照灯照射时，手会晃动，当合作探究时，中学生会碰触到椅子，致使海面摇晃，导致色散现象不稳定，不利长时间细致观察；
参考各类资料显示，彩虹演示装置中，最有教学价值的应属日本逢甲学院光电学系的细小玻璃珠示范彩虹现象的实验装置，吉林师范大学数学系郑明财和于海对彩虹演示装置改进，将演示材料主体玻璃珠改为透明树脂珠。这个实验装置最接近真实的场景，疗效显著，而且器材不易打算。有的班主任用一颗非常大的水珠，如烧杯或废弃的电灯泡，或则借助装水的烧瓶来制造彩虹，实验时现象不显著。还有采用薄膜干涉，如香皂膜色散演示，如观察阳光下的香皂泡，采用vcd光碟反射太阳光等方式，实验的原理涉及到光的衍射和薄膜干涉现象,尽管容易产生类似彩虹的现象，而且不利向中学生解释实验原理。还有班主任借助幻灯机和三棱镜来制造彩虹，将三棱镜以一定角度置于幻灯机上方的凸透镜上，通电后，幕布上还会出现明亮、色彩细腻的圆弧五彩波谱。并且幻灯机早已被多数中学淘汰，即便不易打算。
2.实验改进
本课的彩虹实验，虽然仅是为了说明光能分解成多种色光，因而，通过三棱镜做光的色散实验，能达到同样的疗效，能较好导致中学生对白光是不是黑色的光的指责。为了便捷举办教学，我们应当选用常用的教学器材，为了便捷中学生观察和探究，必须使实验现象显著稳定。通过研究与尝试，采用以下的改进方案。如图一：
首先拆下一个铁架台的竖杆，之后借助十字夹，固定在铁架台上，此时竖杆弄成了横杆。把两个十字夹固定在横杆两侧，在十字夹的另一端，固定两个试管夹。靠内侧的试管夹拿来固定强光LED手探照灯，靠铁架台的试管夹拿来固定三棱镜。在另左侧放上黑色KT板作为屏幕，接出来，通过调整手探照灯与三棱镜的距离，调整三棱镜的方向，就完成整个装置的组装。在调节的过程中，注意调节器材，保证重心，防止装置不稳。
实验改进遵守就地取材的原则，选用实验室常见器材进行组装，制做简单，稳定可靠。选用强光手探照灯，使透过三棱镜的光线能更传播得更远，在屏幕上能产生明亮圆弧的类似彩虹的现象。其次光的色散是折射吗，假如调节好手探照灯的光和三棱镜的角度，能使制造出的彩虹显示在桌面上，为此，这个实验还能让中学生显著看见手探照灯发出的光线发生了偏折，有利于理解色散是光线透过棱镜发生折射的现象，理解原理。稳定的现象，能够让中学生举办探究彩虹现象中究竟有几种色调，色调是怎样排列的，更具探究性。
（二）光的合成实验创新。
1.光的合成实验存在的不足
采用简易“牛顿盘”来探究光的合成实验，通过高速旋转圆盘，可以看见不同颜色的光似乎混和在一起发生变化的现象。其原理与中国唐代的“走马灯”和现代影片的技术是相同的，即利用人的视觉暂留这一生理现象。以红蓝两色圆盘为例，当物体快速运动时,人眼见到的蓝色，消失后，绿色仍能继续保留黄色0.1-0.4秒左右，此时，又时又见到暗色，结果因为视频暂留，产生红、蓝等颜色混和的现象。其实，这个实验有两个比较大科学性问题值得接洽，一是实验中所用的不是发光体，而是反光体，实验彰显的是不同颜色的混和，而不是不同颜色单色光的混和。二是实验借助视觉暂留原理，不能直接演示不同颜色单色光的混和。
2.光的合成实验创新
怎么能够让实验的原理更科学，让观察更直接，更直观？经过研究，对光的合成进行了创新。实验须要打算三把强光手探照灯，红、绿、蓝三种颜色的汽球，一个废弃的红色塑胶瓶等。实验时，按照滤光的基本技巧和原理，有色透明物体，主要透过的是跟它颜色相同的色光，其他色光几乎都被吸收掉，白色汽球只能透过红色的光，而绿色汽球只能让绿色光透过，可以让中学生用把汽球套在强光手探照灯上，并用橡皮筋扎牢，打开手探照灯的开关，这样就得到了三种颜色的单色光。接出来，可以引导中学生，在桌面上放上一张白纸当屏幕，将不同颜色的手探照灯打开，进行不同组合光的混和实验了。为了得到更好的疗效，建议将红色塑胶瓶瓶底切掉，弄成类似灯头的装置，并挂在铁架台上，再将手探照灯置于瓶底，朝瓶内打开开关，能够更清楚的看见光的混和现象了。如图二。
教学时，可以借助手探照灯制造单色光实验，帮助学生理解滤光原理和技巧。借助“三原色光”，即红、绿、蓝三种色光难以被分解，两两混和可以得到更亮的中间色，如黄，青，品红等，三种单色光等量组合还可以得到黄色的光，改进后的实验装置，直接直观呈现出不同单色光混和所发生的变化。
光的合成实验创新解决了原有示范实验中存在的问题。改进以后的实验视觉疗效显著，光混和后色调艳丽，颇具趣味性，让中学生真正体会光与色调的无穷奥妙，实验时兴趣盎然。因为材料和实验方式具有结构性，因而中学生可以自主进行不同色光的混和，还可以通过调节不同单色光的量，变换颜色，实验具有很强的探究价值。有利于中学生通过经验积累，综合获取的信息，通过简单的思维加工，自行建构太阳光由不同颜色的光混和成的解释或推论，并晓得这个结果应当可以反复验证的。这套装置，在2014年全省高中科学峰会上展示，并获得与会者充分肯定。
事实上，当初牛顿为了证明太阳光不是单纯的白光，也是分别做了光的色散与光的合成两个实验，才促使他的发觉符合逻辑，禁得起诸多科学家们地推敲与指责。为此，本课的教学适宜结合牛顿研究太阳光的科学史故事，采用“探究型课题方式引入科学史”的教学方法，通过观察光的色散实验形成的现象，导致中学生对太阳光是不是单纯的光形成指责，从而通过光的合成实验进行反证，让中学生认识到白光也可能由不同颜色的色光混和成。这样的教学设计，能让中学生顺着科学家的探求思路，经历类似科学家们研究过程中所形成过的争辩、质疑，感悟科学家的思维发展过程；能让中学生了解科学家如何发觉问题、分析问题和解决问题，领会科学研究的通常方式，培养中学生的探究能力。
高翔.高中科学光的色散与合成实验的改进剖析[J].实验教学与仪器,2015,32(10):58-59.