李佩寧

“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)?！贝_實(shí)，太陽(yáng)對(duì)我們這些以太陽(yáng)系的普通行星——地球?yàn)榧业娜祟悂?lái)說(shuō)太重要，太熟悉，也太親切了。太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心，它幾乎主宰了太陽(yáng)系里的一切。太陽(yáng)供給著地球99.9%以上的能量，這些能量來(lái)源于它的光能輻射和熱輻射。這些能量是我們每天賴以生存和生活的幾乎最重要的內(nèi)容，其和水、氧氣一起構(gòu)成了整個(gè)地球上生命存在的最基本的必要條件。當(dāng)然，太陽(yáng)有利于地球上生命的延續(xù)，但它的能量也很容易在某些特定的條件下讓地球上的生命消失。

20世紀(jì)90年代，全球發(fā)生的重大氣象災(zāi)害比之50年代多了5倍，所遭受的年均經(jīng)濟(jì)損失也從60年代的40億美元飚升至290億美元。專家預(yù)言，若不采取措施，在未來(lái)的一百年中全球平均氣溫可能上升1.4至5.8攝氏度，這將使極端天氣或氣候事件的發(fā)生更為頻繁，嚴(yán)重威脅全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。氣候變暖將導(dǎo)致海平面升高。美國(guó)皮尤全球氣候變化研究中心近期發(fā)表的一份研究報(bào)告估計(jì)，到21世紀(jì)末全球氣溫將升高1.3至4.6攝氏度，使南北極的冰、高山積雪、冰川不斷融化，將導(dǎo)致海平面升高17～99厘米。如果是那樣的話，我國(guó)富庶的東南沿海地區(qū)將受到嚴(yán)重影響。平均氣溫升高將顯著影響物種分布，許多物種會(huì)就此加速滅絕，造成生態(tài)環(huán)境的惡化。除此之外，自20世紀(jì)以來(lái)，由于人類活動(dòng)等原因，造成地球上空的臭氧層變薄并出現(xiàn)空洞，太陽(yáng)輻射中的紫外線失去阻擋而大量到達(dá)地面，使人類和其他生物受到過(guò)強(qiáng)紫外線的傷害。

今天，我們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，深入地研究太陽(yáng)，更多地了解它的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律，趨利避害，更科學(xué)地、巧妙地利用太陽(yáng)能服務(wù)于我們的生活。例如，在太陽(yáng)能的利用方面應(yīng)該還有許多可能，包括用生物技術(shù)提升植物的光合作用能力（現(xiàn)在的農(nóng)作物對(duì)光能的利用率一般只有百分之幾）。與此同時(shí)，采取措施，加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)的觀測(cè)，合理運(yùn)用科學(xué)方法和技術(shù)手段進(jìn)行研究和利用。

一、課程重點(diǎn)

本課程抓住“了解太陽(yáng)”這個(gè)重要出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)讓低年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)能量和熱學(xué)的基本知識(shí)，更重要的是向?qū)W生介紹科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的其中一種——對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)有效運(yùn)用工具、記錄數(shù)據(jù)并最終得出科學(xué)結(jié)論的完整過(guò)程的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，營(yíng)造學(xué)生可以在動(dòng)手實(shí)踐中深入感受和理解的課堂氛圍。

【涉及領(lǐng)域】工程、物理學(xué)、地理學(xué)

【建議年級(jí)】小學(xué)低年級(jí)

【建議時(shí)間】85分鐘

二、課程任務(wù)

學(xué)習(xí)科學(xué)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)時(shí)的基本方法，尤其是引入對(duì)比實(shí)驗(yàn)的概念，激發(fā)學(xué)生了解現(xiàn)象、學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考如何能夠精確測(cè)量數(shù)據(jù)，試著用文字記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并做出分析。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（20分鐘）

第一步，簡(jiǎn)述對(duì)照實(shí)驗(yàn)的概念，詢問(wèn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的概念的基礎(chǔ)上，對(duì)照實(shí)驗(yàn)是一種常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法。一般進(jìn)行某種實(shí)驗(yàn)以闡明一定因素對(duì)一個(gè)對(duì)象的影響和處理效應(yīng)或意義時(shí)，除了對(duì)實(shí)驗(yàn)所要求研究因素或操作處理外，其他因素都保持一致，并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。教師應(yīng)當(dāng)在此處舉出一些概念性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的例子，例如以小白鼠為例，通常藥物實(shí)驗(yàn)會(huì)需要兩組小白鼠，一組注射實(shí)驗(yàn)的藥物，另一組則注射等量的生理鹽水，在一段時(shí)間之后觀察兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)象的不同反應(yīng)以及其他可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。

教師可以通過(guò)例子，讓學(xué)生了解對(duì)照實(shí)驗(yàn)通常將實(shí)驗(yàn)對(duì)象分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，并解釋相關(guān)概念。實(shí)驗(yàn)組，是接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組；對(duì)照組也稱控制組，對(duì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)而言，是不接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的選定具有隨機(jī)性，這樣從理論上說(shuō)，由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組受無(wú)關(guān)變量的影響被平衡了，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組之間的差異則可認(rèn)定為實(shí)驗(yàn)變量作用的結(jié)果，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。詢問(wèn)學(xué)生：?jiǎn)谓M科學(xué)實(shí)驗(yàn)和對(duì)照實(shí)驗(yàn)的不同是什么？為了達(dá)成目的，需要做什么？為了對(duì)照實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行нM(jìn)行，哪些細(xì)節(jié)是需要特別注意的？這樣做的目的是什么？教師要帶領(lǐng)學(xué)生重點(diǎn)討論控制變量的意義與重要性。

第二步，簡(jiǎn)單介紹變量、變量彼此獨(dú)立的概念。先通過(guò)提問(wèn)獲得學(xué)生對(duì)變量概念知識(shí)的掌握情況；然后普及變量獨(dú)立的概念，是指變量之間沒(méi)有相關(guān)關(guān)系，兩者不會(huì)相互影響或者二者之間沒(méi)有因果關(guān)系。例如以物體的體積和表面積作為變量時(shí)，這兩個(gè)變量就不是彼此獨(dú)立的，因?yàn)橥ǔｓw積增大的同時(shí)表面積也會(huì)變大，反之也一樣，這兩個(gè)變量有一定的相關(guān)性，而相關(guān)程度取決于物體形狀。

2.宣布任務(wù)及評(píng)價(jià)量規(guī)（10分鐘）

【宣布任務(wù)】要求學(xué)生證明太陽(yáng)光到底能否加熱物體，讓學(xué)生說(shuō)出自己的想法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)，并列出結(jié)果。需要注意的是，該實(shí)驗(yàn)適宜在夏天進(jìn)行。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表1）。

【材料】尺子、玻璃紙、食物夾、冰格、冰塊、拉力計(jì)或彈簧秤、紙杯、小塑料袋、塑料薄膜、遮陽(yáng)傘、手表或手機(jī)、黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子

宣布任務(wù)和評(píng)價(jià)量規(guī)后，教師可以繼續(xù)詢問(wèn)以下問(wèn)題。

（1）對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你有什么樣的預(yù)測(cè)？

（2）除了陽(yáng)光直射這個(gè)條件外，還有什么條件會(huì)影響冰的融化？對(duì)于這些條件，應(yīng)當(dāng)如何控制？

詢問(wèn)后，給少量時(shí)間讓各組進(jìn)行溝通準(zhǔn)備。每個(gè)人都要寫下自己的想法和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，然后小組討論最終要執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3.任務(wù)的執(zhí)行（30分鐘）

正式執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)。要求學(xué)生依照評(píng)價(jià)量規(guī)，并考慮以下內(nèi)容。

（1）小組的預(yù)測(cè)是什么？

（2）小組的設(shè)計(jì)是什么？希望收集到什么樣的數(shù)據(jù)來(lái)支持小組的預(yù)測(cè)？

（3）實(shí)驗(yàn)應(yīng)該做哪些準(zhǔn)備？

（4）實(shí)驗(yàn)執(zhí)行時(shí)應(yīng)該注意哪些細(xì)節(jié)？例如，為了保證準(zhǔn)確測(cè)量，如何利用各種現(xiàn)有的工具盡量一滴不漏地收集冰塊融化的水？如何保證這些水不會(huì)蒸發(fā)到空氣中而導(dǎo)致總量減少？考慮應(yīng)當(dāng)如何避免這類問(wèn)題。

（5）怎樣使觀察更準(zhǔn)確？觀察和記錄的具體操作是怎樣的？

（6）該如何將觀察到的結(jié)果列入表格或圖表？是否在實(shí)驗(yàn)前就設(shè)計(jì)了這樣的表格或圖表的框架？框架包括了哪些內(nèi)容？為何如此設(shè)計(jì)？

（7）小組內(nèi)怎樣分工？

對(duì)于實(shí)驗(yàn)方法的選擇，由于參加的學(xué)生所處年級(jí)較低，可能會(huì)出現(xiàn)以下情形。教師應(yīng)提前做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備，并想辦法在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用提問(wèn)的方式引導(dǎo)學(xué)生更好地完成實(shí)驗(yàn)。

（1）當(dāng)學(xué)生用拉力計(jì)或者彈簧秤測(cè)量冰塊融化產(chǎn)生的水或者剩余冰塊的質(zhì)量時(shí)，承載水或冰塊的容器是否會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)被錯(cuò)誤測(cè)量？如何解決這個(gè)問(wèn)題？

（2）當(dāng)學(xué)生在測(cè)量冰塊融化產(chǎn)生的水的質(zhì)量時(shí)，水的蒸發(fā)是否會(huì)導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)問(wèn)題？如何解決這個(gè)問(wèn)題？

（3）當(dāng)學(xué)生將冰塊放置在如盤子等水平容器而不是玻璃杯等較深的器皿中時(shí)，空氣的流動(dòng)或者四面吹來(lái)的風(fēng)是否會(huì)影響觀測(cè)結(jié)果？如何解決這樣的問(wèn)題？

（4）在提供的材料中，黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子可以用來(lái)做什么？這些東西是否能加速冰塊的融化？為什么？

（5）將黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子等器具加入實(shí)驗(yàn)中，可以如何使用？哪些使用方法是利用了太陽(yáng)的能量，哪些不是？

（6）為了保證對(duì)照實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)被控制條件的一致性，在使用黑色馬克筆、紙托盤、放大鏡、小扇子等器具時(shí)要注意什么？

4.總結(jié)和反思（25分鐘）

全部小組完成后，教師組織討論以下問(wèn)題。

（1）小組怎樣分工？

（2）你們總結(jié)出對(duì)照實(shí)驗(yàn)的模式了嗎？如果有，是怎樣的模式？大家按照順序說(shuō)一說(shuō)。

（3）你們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有的結(jié)果后，如何歸納可以影響冰融化速度的因素？有哪幾種？它們之間有關(guān)系嗎？

（4）是否可以不用遮陽(yáng)傘，改將實(shí)驗(yàn)組放置戶外，而對(duì)照組放置室內(nèi)進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)？為什么？

【拓展作業(yè)】回家設(shè)計(jì)一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，證明只有較為溫暖時(shí)（如室溫的情況下），種子才會(huì)比較快速地發(fā)芽。

（責(zé)任編輯 張慧籽）