由一則博客引發的系列探究

卓雪妹 張殷

【摘 要】本文圍繞一瓶裝滿水的可樂瓶，從光的反射與折射的真實情境問題出發，以真實問題的解決為契機，帶領同學們由淺入深地展開一系列的探究活動。試圖引起小學生對生活中的科學的重視，培養孩子運用知識去分析問題與解決問題的能力。

【關鍵詞】建模;問題解決;真實情境;光的折射

【中圖分類號】G712?????? 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）24-0033-01

一則博客曾這樣說到：“扭開一盞燈，讓亮光灑滿房間，對許多人來說，這是輕而易舉的事。然而，在一些貧民窟里，有300萬個家庭長期生活在黑暗中，加之電力缺乏和棚屋密集，即使是白天，室內也暗如黑夜。為了改變這種糟糕的狀況，當地的學生Illac Diaz發起了“一升水照明計劃（Liter of Light）”。如圖1所示，在房頂安裝一只裝滿水的可樂瓶，室內就可以如圖2明亮起來了。而且這些可樂瓶的作用一點也不亞于燈。倘若遇上雨天，“太陽能燈”還有“替補”之用。這些“太陽能燈”不僅成本極低，而且實現了環?！茉慈∽源笞匀坏年柟?，將難降解的塑料瓶進行二次利用，可謂一舉多得?！?/p>

針對這樣一則“一升水的照明計劃（Liter of Light）”的博客，筆者產生了疑問：僅僅在屋頂裝一只裝滿水的可樂瓶，就能使黑暗的屋內亮起來嗎？為驗證此博客情境的真假，筆者帶著六年級的小朋友進行情境建?？甲C，并由此引發了一系列探究活動。

一、建模探究—— “可樂瓶燈”下的視力表

疑問：一只裝滿水的可樂瓶，真的能夠使黑暗的室內亮起來嗎？

要考究情境的真假，筆者帶領六年級的小朋友將情境模型化。利用廢棄裝冰箱的紙箱，將紙箱面與面之間的連接處密封好（防止漏光），一個黑暗的“房屋”就出現了。

如同博客所說，小朋友們在“屋頂”安裝一只滿水的可樂瓶;同時，為探知箱內情況，筆者帶領大家在箱子寬高面貼上視力表，在箱子貼有視力表的對面設置一個小觀察口。建模裝置如圖2所示。將“房屋”放在晴朗的環境下，讓小朋友們通過觀察口讀取箱內視力表值。

為減少主觀造成的誤差，分別讓不同的小朋友從觀察口去觀察箱內視力表的清晰情況（忽略隨時間改變天氣變化），讀取視力表值，如表1所示：

通過實驗，筆者與小朋友們發現裝滿水的可樂瓶起到了使黑暗的室內亮起來的作用，實驗看到黑暗箱內發光的瓶子如圖3所示;同時，通過對比視力表的可見度，從沒有裝上可樂瓶時的0可見度，到可以看到視力表的值。得到結論：在“屋頂”裝一只裝滿水的可樂瓶讓黑暗的房屋明亮起來。這只裝滿水的可樂瓶起到了燈的作用。

但是，有地區會在屋頂上安裝幾塊透明的玻璃瓦片，稱為明瓦。那么為什么菲律賓人民不安裝明瓦呢？與其在屋頂安裝一只裝滿水的可樂瓶，還不如安裝明瓦來得簡單而且使用時間長?！翱蓸菲繜簟焙兔魍叩降子惺裁磪^別？這兩者誰能夠使黑暗的屋內更亮呢？基于這樣一個疑問，大家再次進入探究旅程。

二、“明瓦”與“可樂瓶燈”，猜猜誰更強？

疑問：在屋頂上安裝明瓦與安裝一只裝滿水的可樂瓶哪個使室內更亮？

猜想：在屋頂安裝一只裝滿水的可樂瓶使黑暗的室內更亮。

實驗步驟：

（1）小朋友在原先建模的基礎上，將可樂瓶取下，讓屋頂漏空可樂瓶大小的洞，相當于安裝明瓦的狀態，本文稱“明瓦”。放在晴朗的環境下讀取箱內視力表的值;

（2）放上一只裝滿水的可樂瓶，在與步驟（1）相同環境下觀察并讀取箱內視力表的值。得到表2數據：

從表2中的數據可以看出放上可樂瓶之后與不放可樂瓶的情況下讀取的視力表值相差大概0.1，說明在屋頂裝一只裝滿水的可樂瓶與不安裝滿水的可樂瓶（即明瓦狀態下）相比，裝滿水的可樂瓶使黑暗的“室內”更亮一些。

一位同學自告奮勇坐在黑暗的紙箱內做觀察。從“明瓦”狀態到安裝裝滿水的可樂瓶的狀態，通過觀察口觀察箱內情況，看到箱內如圖4兩種情境下箱內亮度的轉變。兩種情況下，小朋友的身影清晰度不同，“可樂瓶燈”狀態比“明瓦”狀態下箱內的小孩身影看得更清晰。

實驗利用讀取視力表的值證明了在黑暗的房屋裝上一只裝滿水的可樂瓶可以使室內亮起來，也通過讀取視力表值和鉆在“黑屋”的同學驗證了明瓦與“可樂瓶燈”的對比，得到“可樂瓶燈”使黑暗的“室內”更亮的效果。

另外，有一位小朋友提出了一個奇思妙想：如果在“屋頂”安裝兩個“可樂瓶燈”會不會更亮呢？于是小朋友們動手實踐，在原來一只“可樂瓶燈”的基礎上多加一只相同的“可樂瓶燈”，將裝置放在晴朗的環境下進行觀察箱內情況，改進的裝置及得到的效果如圖5所示。驗證了猜想。

三、探究路上的“意外”

在筆者與小朋友們情境化實驗探究過程中，無意地將裝置放在陽光下照射，大家意外發現如圖6所示紙箱上瓶子旁邊的亮點竟然燒出了一個小黑洞。這樣一個裝滿水的可樂瓶如何才能將紙箱燃起來？又需要多長時間才能將紙箱燃起來？針對這些疑問，筆者再次帶領小朋友們衍生探究。

猜想：凸透鏡原理

小朋友們將裝置放在太陽光下進行照射，但是發現很難再次出現紙箱燃起的現象。于是進行以下操作：

切下一塊紙板，將可樂瓶安裝在紙板中間。在晴朗的具有太陽光較強的天氣環境下進行調節可樂瓶與紙板的傾斜度，找匯聚在紙板上的最亮點，放置一定時間進行觀察，直到紙板開始冒煙。操作裝置如圖7所示，圖7右側為燒出的黑洞。

經過實驗，大家發現紙箱燃起這樣的一個現象一般出現在一天的十二點至兩點之間。因為這個時間太陽剛好過正午，然后斜射，此刻較容易找到透過可樂瓶的聚光點。同時，這個時間段的太陽光照相對于一天來說比較強。實驗得到較為粗糙的結論是：當定下最亮聚光點之后，大概需要2-3分鐘時間，紙箱就開始冒煙。并且在燃起之后改變聚光的位置，裝滿水的可樂瓶仍能夠在較短的時間內將紙箱燃燒起來，圖7右側則為旋轉了聚光點位置，燃燒出來的黑洞。說明這一時間段的太陽光比較強，更加有助于將紙箱燃燒起來。

紙箱之所以會燃起來，是因為裝滿水的可樂瓶身是圓的，相當于一個凸透鏡，當光照斜射到可樂瓶身上時，瓶身起到匯聚光照的作用，從而產生了一個聚光點，這個聚光點達到一定溫度（紙箱的燃點），于是紙箱便可以燃燒起來。

原來，森林旁的標語：請勿在森林中丟棄未喝完水的瓶子。是有一定的根據的，因為這些瓶子可能因為陽光的聚光作用而釀成森林大火。再次深刻意識到為了安全，外出野營時不能亂扔未喝完水的瓶子。

四、小結

從對博客的質疑，到引發的一系列探究活動，筆者帶領小朋友們圍繞一瓶水，在探究中不斷產生新的問題，去猜想、實驗、分析，從而解決問題，再次探究。這循環而有趣的過程，使小朋友們的批判性思維在探究中不斷得到提升?？茖W的奧秘就在生活的每一個細節里，只要我們具有一雙善于發現的眼睛，并且善于質疑，去行動，去分析，我們會遇見意料之外的驚喜。在飛快發展的信息時代下，我們更要培養孩子發現問題、運用知識去分析問題與解決問題的能力。