李佩宁

“万物生长靠太阳。”确实，太阳对我们这些以太阳系的普通行星——地球为家的人类来说太重要，太熟悉，也太亲切了。太阳是太阳系的中心，它几乎主宰了太阳系里的一切。太阳供给着地球99.9%以上的能量，这些能量来源于它的光能辐射和热辐射。这些能量是我们每天赖以生存和生活的几乎最重要的内容，其和水、氧气一起构成了整个地球上生命存在的最基本的必要条件。当然，太阳有利于地球上生命的延续，但它的能量也很容易在某些特定的条件下让地球上的生命消失。

20世纪90年代，全球发生的重大气象灾害比之50年代多了5倍，所遭受的年均经济损失也从60年代的40亿美元飚升至290亿美元。专家预言，若不采取措施，在未来的一百年中全球平均气温可能上升1.4至5.8摄氏度，这将使极端天气或气候事件的发生更为频繁，严重威胁全球社会经济的可持续发展。气候变暖将导致海平面升高。美国皮尤全球气候变化研究中心近期发表的一份研究报告估计，到21世纪末全球气温将升高1.3至4.6摄氏度，使南北极的冰、高山积雪、冰川不断融化，将导致海平面升高17～99厘米。如果是那样的话，我国富庶的东南沿海地区将受到严重影响。平均气温升高将显著影响物种分布，许多物种会就此加速灭绝，造成生态环境的恶化。除此之外，自20世纪以来，由于人类活动等原因，造成地球上空的臭氧层变薄并出现空洞，太阳辐射中的紫外线失去阻挡而大量到达地面，使人类和其他生物受到过强紫外线的伤害。

今天，我们必须面对现实，深入地研究太阳，更多地了解它的实际运动规律，趋利避害，更科学地、巧妙地利用太阳能服务于我们的生活。例如，在太阳能的利用方面应该还有许多可能，包括用生物技术提升植物的光合作用能力（现在的农作物对光能的利用率一般只有百分之几）。与此同时，采取措施，加强对太阳活动的观测，合理运用科学方法和技术手段进行研究和利用。

一、课程重点

本课程抓住“了解太阳”这个重要出发点，通过让低年级学生学习能量和热学的基本知识，更重要的是向学生介绍科学家进行科学实验的其中一种——对照实验的方法，培养学生对有效运用工具、记录数据并最终得出科学结论的完整过程的认识。同时，营造学生可以在动手实践中深入感受和理解的课堂氛围。

【涉及领域】工程、物理学、地理学

【建议年级】小学低年级

【建议时间】85分钟

二、课程任务

学习科学家进行实验和试验时的基本方法，尤其是引入对比实验的概念，激发学生了解现象、学习科学的兴趣，引导学生思考如何能够精确测量数据，试着用文字记录实验现象和实验数据并做出分析。

三、课程步骤

1.导入（20分钟）

第一步，简述对照实验的概念，询问学生对实验的认识。在科学实验的概念的基础上，对照实验是一种常规实验方法。一般进行某种实验以阐明一定因素对一个对象的影响和处理效应或意义时，除了对实验所要求研究因素或操作处理外，其他因素都保持一致，并把实验结果进行比较。教师应当在此处举出一些概念性的科学实验的例子，例如以小白鼠为例，通常药物实验会需要两组小白鼠，一组注射实验的药物，另一组则注射等量的生理盐水，在一段时间之后观察两组实验对象的不同反应以及其他可能出现的现象。

教师可以通过例子，让学生了解对照实验通常将实验对象分为实验组和对照组，并解释相关概念。实验组，是接受实验变量处理的对象组；对照组也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。实验组和对照组的选定具有随机性，这样从理论上说，由于实验组与对照组受无关变量的影响被平衡了，故实验组与对照组之间的差异则可认定为实验变量作用的结果，这样的实验结果是可信的。询问学生：单组科学实验和对照实验的不同是什么？为了达成目的，需要做什么？为了对照实验能有效进行，哪些细节是需要特别注意的？这样做的目的是什么？教师要带领学生重点讨论控制变量的意义与重要性。

第二步，简单介绍变量、变量彼此独立的概念。先通过提问获得学生对变量概念知识的掌握情况；然后普及变量独立的概念，是指变量之间没有相关关系，两者不会相互影响或者二者之间没有因果关系。例如以物体的体积和表面积作为变量时，这两个变量就不是彼此独立的，因为通常体积增大的同时表面积也会变大，反之也一样，这两个变量有一定的相关性，而相关程度取决于物体形状。

2.宣布任务及评价量规（10分钟）

【宣布任务】要求学生证明太阳光到底能否加热物体，让学生说出自己的想法，设计实验，完成实验，并列出结果。需要注意的是，该实验适宜在夏天进行。宣布任务后，呈现评价量规（见表1）。

【材料】尺子、玻璃纸、食物夹、冰格、冰块、拉力计或弹簧秤、纸杯、小塑料袋、塑料薄膜、遮阳伞、手表或手机、黑色马克笔、纸托盘、放大镜、小扇子

宣布任务和评价量规后，教师可以继续询问以下问题。

（1）对于实验结果，你有什么样的预测？

（2）除了阳光直射这个条件外，还有什么条件会影响冰的融化？对于这些条件，应当如何控制？

询问后，给少量时间让各组进行沟通准备。每个人都要写下自己的想法和实验计划，然后小组讨论最终要执行的实验设计。

3.任务的执行（30分钟）

正式执行实验任务。要求学生依照评价量规，并考虑以下内容。

（1）小组的预测是什么？

（2）小组的设计是什么？希望收集到什么样的数据来支持小组的预测？

（3）实验应该做哪些准备？

（4）实验执行时应该注意哪些细节？例如，为了保证准确测量，如何利用各种现有的工具尽量一滴不漏地收集冰块融化的水？如何保证这些水不会蒸发到空气中而导致总量减少？考虑应当如何避免这类问题。

（5）怎样使观察更准确？观察和记录的具体操作是怎样的？

（6）该如何将观察到的结果列入表格或图表？是否在实验前就设计了这样的表格或图表的框架？框架包括了哪些内容？为何如此设计？

（7）小组内怎样分工？

对于实验方法的选择，由于参加的学生所处年级较低，可能会出现以下情形。教师应提前做好应对准备，并想办法在学生实验过程中用提问的方式引导学生更好地完成实验。

（1）当学生用拉力计或者弹簧秤测量冰块融化产生的水或者剩余冰块的质量时，承载水或冰块的容器是否会导致数据被错误测量？如何解决这个问题？

（2）当学生在测量冰块融化产生的水的质量时，水的蒸发是否会导致测量出现问题？如何解决这个问题？

（3）当学生将冰块放置在如盘子等水平容器而不是玻璃杯等较深的器皿中时，空气的流动或者四面吹来的风是否会影响观测结果？如何解决这样的问题？

（4）在提供的材料中，黑色马克笔、纸托盘、放大鏡、小扇子可以用来做什么？这些东西是否能加速冰块的融化？为什么？

（5）将黑色马克笔、纸托盘、放大镜、小扇子等器具加入实验中，可以如何使用？哪些使用方法是利用了太阳的能量，哪些不是？

（6）为了保证对照实验的各项被控制条件的一致性，在使用黑色马克笔、纸托盘、放大镜、小扇子等器具时要注意什么？

4.总结和反思（25分钟）

全部小组完成后，教师组织讨论以下问题。

（1）小组怎样分工？

（2）你们总结出对照实验的模式了吗？如果有，是怎样的模式？大家按照顺序说一说。

（3）你们发现了现有的结果后，如何归纳可以影响冰融化速度的因素？有哪几种？它们之间有关系吗？

（4）是否可以不用遮阳伞，改将实验组放置户外，而对照组放置室内进行比较实验？为什么？

【拓展作业】回家设计一组对照实验，证明只有较为温暖时（如室温的情况下），种子才会比较快速地发芽。

（责任编辑 张慧籽）