太陽科學家

李佩寧

“萬物生長靠太陽。”確實，太陽對我們這些以太陽系的普通行星——地球為家的人類來說太重要，太熟悉，也太親切了。太陽是太陽系的中心，它幾乎主宰了太陽系里的一切。太陽供給著地球99.9%以上的能量，這些能量來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容，其和水、氧氣一起構成了整個地球上生命存在的最基本的必要條件。當然，太陽有利于地球上生命的延續，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90年代，全球發生的重大氣象災害比之50年代多了5倍，所遭受的年均經濟損失也從60年代的40億美元飚升至290億美元。專家預言，若不采取措施，在未來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生更為頻繁，嚴重威脅全球社會經濟的可持續發展。氣候變暖將導致海平面升高。美國皮尤全球氣候變化研究中心近期發表的一份研究報告估計，到21世紀末全球氣溫將升高1.3至4.6攝氏度，使南北極的冰、高山積雪、冰川不斷融化，將導致海平面升高17～99厘米。如果是那樣的話，我國富庶的東南沿海地區將受到嚴重影響。平均氣溫升高將顯著影響物種分布，許多物種會就此加速滅絕，造成生態環境的惡化。除此之外，自20世紀以來，由于人類活動等原因，造成地球上空的臭氧層變薄并出現空洞，太陽輻射中的紫外線失去阻擋而大量到達地面，使人類和其他生物受到過強紫外線的傷害。

今天，我們必須面對現實，深入地研究太陽，更多地了解它的實際運動規律，趨利避害，更科學地、巧妙地利用太陽能服務于我們的生活。例如，在太陽能的利用方面應該還有許多可能，包括用生物技術提升植物的光合作用能力（現在的農作物對光能的利用率一般只有百分之幾）。與此同時，采取措施，加強對太陽活動的觀測，合理運用科學方法和技術手段進行研究和利用。

一、課程重點

本課程抓住“了解太陽”這個重要出發點，通過讓低年級學生學習能量和熱學的基本知識，更重要的是向學生介紹科學家進行科學實驗的其中一種——對照實驗的方法，培養學生對有效運用工具、記錄數據并最終得出科學結論的完整過程的認識。同時，營造學生可以在動手實踐中深入感受和理解的課堂氛圍。

【涉及領域】工程、物理學、地理學

【建議年級】小學低年級

【建議時間】85分鐘

二、課程任務

學習科學家進行實驗和試驗時的基本方法，尤其是引入對比實驗的概念，激發學生了解現象、學習科學的興趣，引導學生思考如何能夠精確測量數據，試著用文字記錄實驗現象和實驗數據并做出分析。

三、課程步驟

1.導入（20分鐘）

第一步，簡述對照實驗的概念，詢問學生對實驗的認識。在科學實驗的概念的基礎上，對照實驗是一種常規實驗方法。一般進行某種實驗以闡明一定因素對一個對象的影響和處理效應或意義時，除了對實驗所要求研究因素或操作處理外，其他因素都保持一致，并把實驗結果進行比較。教師應當在此處舉出一些概念性的科學實驗的例子，例如以小白鼠為例，通常藥物實驗會需要兩組小白鼠，一組注射實驗的藥物，另一組則注射等量的生理鹽水，在一段時間之后觀察兩組實驗對象的不同反應以及其他可能出現的現象。

教師可以通過例子，讓學生了解對照實驗通常將實驗對象分為實驗組和對照組，并解釋相關概念。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組；對照組也稱控制組，對實驗假設而言，是不接受實驗變量處理的對象組。實驗組和對照組的選定具有隨機性，這樣從理論上說，由于實驗組與對照組受無關變量的影響被平衡了，故實驗組與對照組之間的差異則可認定為實驗變量作用的結果，這樣的實驗結果是可信的。詢問學生：單組科學實驗和對照實驗的不同是什么？為了達成目的，需要做什么？為了對照實驗能有效進行，哪些細節是需要特別注意的？這樣做的目的是什么？教師要帶領學生重點討論控制變量的意義與重要性。

第二步，簡單介紹變量、變量彼此獨立的概念。先通過提問獲得學生對變量概念知識的掌握情況；然后普及變量獨立的概念，是指變量之間沒有相關關系，兩者不會相互影響或者二者之間沒有因果關系。例如以物體的體積和表面積作為變量時，這兩個變量就不是彼此獨立的，因為通常體積增大的同時表面積也會變大，反之也一樣，這兩個變量有一定的相關性，而相關程度取決于物體形狀。

2.宣布任務及評價量規（10分鐘）

【宣布任務】要求學生證明太陽光到底能否加熱物體，讓學生說出自己的想法，設計實驗，完成實驗，并列出結果。需要注意的是，該實驗適宜在夏天進行。宣布任務后，呈現評價量規（見表1）。

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

宣布任務和評價量規后，教師可以繼續詢問以下問題。

（1）對于實驗結果，你有什么樣的預測？

（2）除了陽光直射這個條件外，還有什么條件會影響冰的融化？對于這些條件，應當如何控制？

詢問后，給少量時間讓各組進行溝通準備。每個人都要寫下自己的想法和實驗計劃，然后小組討論最終要執行的實驗設計。

3.任務的執行（30分鐘）

正式執行實驗任務。要求學生依照評價量規，并考慮以下內容。

（1）小組的預測是什么？

（2）小組的設計是什么？希望收集到什么樣的數據來支持小組的預測？

（3）實驗應該做哪些準備？

（4）實驗執行時應該注意哪些細節？例如，為了保證準確測量，如何利用各種現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蒸發到空氣中而導致總量減少？考慮應當如何避免這類問題。

（5）怎樣使觀察更準確？觀察和記錄的具體操作是怎樣的？

（6）該如何將觀察到的結果列入表格或圖表？是否在實驗前就設計了這樣的表格或圖表的框架？框架包括了哪些內容？為何如此設計？

（7）小組內怎樣分工？

對于實驗方法的選擇，由于參加的學生所處年級較低，可能會出現以下情形。教師應提前做好應對準備，并想辦法在學生實驗過程中用提問的方式引導學生更好地完成實驗。

（1）當學生用拉力計或者彈簧秤測量冰塊融化產生的水或者剩余冰塊的質量時，承載水或冰塊的容器是否會導致數據被錯誤測量？如何解決這個問題？

（2）當學生在測量冰塊融化產生的水的質量時，水的蒸發是否會導致測量出現問題？如何解決這個問題？

（3）當學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，空氣的流動或者四面吹來的風是否會影響觀測結果？如何解決這樣的問題？

（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驗中，可以如何使用？哪些使用方法是利用了太陽的能量，哪些不是？

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

4.總結和反思（25分鐘）

全部小組完成后，教師組織討論以下問題。

（1）小組怎樣分工？

（2）你們總結出對照實驗的模式了嗎？如果有，是怎樣的模式？大家按照順序說一說。

（3）你們發現了現有的結果后，如何歸納可以影響冰融化速度的因素？有哪幾種？它們之間有關系嗎？

（4）是否可以不用遮陽傘，改將實驗組放置戶外，而對照組放置室內進行比較實驗？為什么？

【拓展作業】回家設計一組對照實驗，證明只有較為溫暖時（如室溫的情況下），種子才會比較快速地發芽。

（責任編輯 張慧籽）