多模块光与热实验仪

胡金伟

设计国标

为满足教科版《科学》5年级上册教材“光”单元诸课时的实验要求，解除课时限制，提高教学效果，克服公开课、示范课、室内课阴雨天无法进行示范教学的困难，基于多模块化设计，研发制作室内外均可使用、构造简单、成本低廉的光与热实验仪，突出解决该单元“光与热”一课中的2个实验——“实验1：-面镜子与多面镜子反光下的温度变化实验”“实验2：一面镜子与多面镜子反光下的光的强弱变化实验”，以及“怎么样得到更多的光与热”一课中的2个实验——“实验1：物体的颜色与吸热”“实验2：阳光的直射斜射与吸热”。

制作过程

制作材料：传感器1个、电子温度计7个、万向软管10根、灯1盏、平面镜10面、雪弗板2块、木板支架1个。

制作过程：裁剪木板，安装主体支架及框架（图la）;在左侧木板上钻孔，将温度传感器检测线从前至后穿出来，套上各种颜色的套子（图1b）;在底侧雪弗板上钻孔，将用AB胶接上万向软管的平面镜拧入底板;取出光传感器主要配件，与温度传感器绑在一起，并固定在右侧支架上（图1c），装上灯具固定好，电线从方管中间通过。最终制作成装置实物（图1d）。

在此基础上，可附加制作各种辅助资源包（各种高度支架、底部方格图纸、侧面方格图纸），扩展各种功能。

模块设计及功能介绍

模块一：一面镜子与多面镜子反光下的光的强弱变化和温度变化

适用实验——教科版《科学》5年级上册教材2.5“光与热”“实验1：一面镜子与多面镜子反光下的温度变化实验”“实验2：一面镜子与多面镜子反光下的光的强弱变化实验”。

功能介绍：万向软管附加可拆卸拧螺设计，将10面大小相同的平面镜置于顶端，足以满足课堂实验的需求，便于学生操作;采用数字温度传感器代替传统温度计，数据直观清晰，降低了学生持续实验的难度;采用数字化的光照强度传感器，数据读取更加直观，同时也避免了强光对眼睛的损伤。

操作方法插上电源，开启灯光，接通光传感器及温度传感器;根据实验步骤，调节需要的平面镜数量，将光反射至传感器位置;观察并记录数显温度计的温度变化及光的强度。

模块二：物体的颜色与吸热

适用实验——教科版《科学》5年级上册教材2.6“怎么样得到更多的光与热”“实验1：阳光的直射斜射与吸热”。

功能介绍：5个不同颜色、相同大小和角度的套管较好地体现了对比实验的公平性;采用数字温度传感器替代传统温度计，数据直观清晰，降低了学生持续实验的难度。

操作方法调节左侧面板角度，调节灯光距离;几分钟后，数显温度计出现温度变化;调节温度传感器与灯光角度，观察并记录数显温度计的温度变化。

模块三：阳光的直射斜射与吸热

适用实验——教科版《科学》5年级上册教材2.6“怎么样得到更多的光与热”“实验2：阳光的直射斜射与吸热”。

功能介绍：采用数字温度传感器替代传统温度计，数据直观清晰，降低了学生持续实验的难度;可调节的木材质整体面板设计，可实现改变5个传感器的整体转动，调节与阳光的角度，让学生探究“阳光直射斜射与吸热”。

操作方法调节左侧面板角度，调节灯光距离;几分钟后，数显温度计出现温度变化;调节温度传感器与灯光的角度，观察并记录数显温度计的温度变化。

模块四：影子的长短与太阳照射的角度

适用实验——教科版《科学》5年级上册教材2.1“光和影”“实验1：影子是怎样形成的”“实验2：从不同角度照射，影子的長度变化”“实验3：遮挡物离光源的远近，影子的变化”“实验4：光源离物体的远近，影子的变化”“实验5：物体的影子与光源照射的物体侧面的关系”等实验。

功能介绍：可调节万向软管设计的灯，满足光源对物体照射的角度、光源对物体照射的远近、光源对物体照射的方向等变化要求;可调节的木材质整体面板设计，使仪器不限于室内或室外使用;自由选择各种光源;可拆雪弗板背板，轻松解决影子形成的三要素，即光、遮挡物、屏;换磨砂亚克力材料还能实现皮影戏功能。

加配器材：各种高度支架、底部方格图纸、侧面方格图纸等部件，实现图表化实验结果。

操作方法：分别调节有万向软管的灯离物体的远近、物体的远近、灯的方向，配合方格表记录物体的影子大小、形状。

模块五（拓展1）

适用实验——教科版《科学》5年级上册教材2.2“阳光下的影子”“实验1：阳光下物体的影子是怎样变化的？”“实验2：日影观测仪的使用教学”。

加配器材：光影测量底图、光影测量尺、日影观测仪等部件，实现室内外完成影子角度、长短等方面的测量。

模块六（拓展2）

适用实验——教科版《科学》5年级上册教材2.4“光的反射”“实验1：照亮书本”“实验2：照亮书本后的小球，画出光的路线”。

加配器材：激光笔、加湿器、光影测量底图、光影测量尺、日影观测仪等部件，实现室内外完成影子角度、长短等方面的测量。

小结

多模块光与热实验仪具有用数据说话、解除天气限制、模块化资源包设计三大突出优点。小学《科学》整个“光”单元的教学需求都可以用该装置进行模块化资源包开发，解除课时限制。同时通过加载相应资源包，可解决诸多拓展实验课内容，如影子是怎样形成的;不同角度照射下影子的长度变化;遮挡物离光源的远近，影子的变化;光源离物体的远近，影子的变化;物体的影子与光源照射的物体侧面的关系等。

该项目获得第34届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。

专家评语

装置关注于教科版《科学》5年级上册教材“光”单元诸课时的实验，解决了阴雨天无法进行示范教学的困难。项目选题新颖、原理科学、概念清晰、构思巧妙、设计合理，对传统方法有突破，具有实质性创新。作品实用性强，具有示范推广价值。希望该项目在工艺方面作出改进和提升。