胡和國

《晝夜交替》一課，通過每天看到太陽東升西落、地球上的晝夜交替循環(huán)出現(xiàn)等自然現(xiàn)象，引導學生提出“晝夜交替現(xiàn)象是怎樣形成的”，然后學生作出種種假設，并借助手電筒和地球儀模擬能夠形成“晝夜交替”現(xiàn)象的幾種不同情況來驗證假設。實驗要求學生分組操作，自主探究出“晝夜交替”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。學生在實驗中，常常會出現(xiàn)操作不規(guī)范等問題，導致實驗失敗。比如：手電筒的光只照在地球儀的某一點上；地球儀圍繞手電筒轉(zhuǎn)動時，地球儀的傾斜方向隨意改變；地球儀圍繞手電筒轉(zhuǎn)動軌跡（公轉(zhuǎn)軌道）成曲線而不是圓形的；用手撥動地球儀轉(zhuǎn)動時，地球儀轉(zhuǎn)動快慢不均勻，等等。為了解決這些問題，筆者制作出1套“晝夜交替”現(xiàn)象模擬實驗教具。

1主要制作材料

厚木板2塊（60 cm×60 cm，10 cm×10 cm），小燈泡1個（6 V），不銹鋼管1條（長為15 cm），4節(jié)5號電池盒2個，5號電池8節(jié)，地球儀1個（直徑為15 cm），微型直流齒輪減速電機1個（轉(zhuǎn)速為15 r/min），雙刀雙擲開關1個，鋁合金窗材料1塊（長為10 cm），導線若干等。

“晝夜交替”現(xiàn)象模擬實驗裝置如圖1所示。

2制作方法

（1）制作軌道。選擇1塊60 cm×60 cm的厚木板作為地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面，以木板的中心為圓心，用鉛筆畫1個半徑為25 cm的圓作為地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道。圓心位置挖一個深2 mm左右的小洞（注意不要把木板打穿），用刻刀將軌道挖成寬和深都約為2 mm的凹槽。

軌道平面圖如圖2所示。

（2）制作“小太陽”。選擇1塊10 cm×10 cm厚木板，在木板下面正中心鉚上1個小螺絲釘，伸出約1 mm。將不銹鋼管固定在木板上，然后將4節(jié)5號電池盒固定在不銹鋼管上，最后將小燈泡固定在不銹鋼管頂端。裝配好電池，連接好導線，調(diào)試小燈泡是否發(fā)光?！靶√枴睂嵨飯D如圖3所示。

（3）制作電動地球儀。將微型直流齒輪減速電機安裝在地球儀地軸的下端，固定好，使電機轉(zhuǎn)動時能夠帶動地球儀轉(zhuǎn)動。

選擇1塊鋁合金窗材料（長為10 cm），在底端正中心鉚上1個小螺絲釘，伸出約1 mm。在一側(cè)安裝上雙刀雙擲開關，將4節(jié)5號電池盒塞進鋁合金窗材料里面，并固定好。

將電動地球儀實物圖固定在鋁合金窗材料上，然后裝配好電池，連接好導線，調(diào)試電動地球儀，使地球儀能夠自西向東自轉(zhuǎn)，也能夠自東向西自轉(zhuǎn)。

在電動地球儀的某一個位置上做一個醒目的小標記。

電動地球儀實物圖如圖4所示。

3使用方法

（1）將軌道平面安放在課桌桌面上。關上教室門窗、窗簾以及電燈，教室內(nèi)盡量保持黑暗狀態(tài)。

（2）學生猜想產(chǎn)生“晝夜交替”現(xiàn)象的幾種不同情況主要有：①地球不動，太陽繞著地球轉(zhuǎn)；②太陽不動，地球繞著太陽轉(zhuǎn)（地球不自轉(zhuǎn)）；③地球自轉(zhuǎn)（但不公轉(zhuǎn)）；④地球繞著太陽公轉(zhuǎn)的同時也自轉(zhuǎn)，等等。

下面按照這4種猜想與假設來介紹本模擬實驗裝置的使用方法。

實驗1：“地球不動，太陽繞著地球轉(zhuǎn)”的使用方法。

（1）把地球儀安置在軌道平面的圓心上，“小太陽”安置在軌道上。

（2）打開“小太陽”的開關，使小燈泡發(fā)光。地球儀不能轉(zhuǎn)動。

（3）先沿著軌道自西向東緩緩移動“小太陽”，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象。

（4）然后沿著軌道自東向西緩緩移動“小太陽”，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象。

實驗2：“太陽不動，地球繞著太陽轉(zhuǎn)（地球不自轉(zhuǎn)）”的使用方法。

（1）地球儀安置在軌道上，“小太陽”安置在軌道平面的圓心上。

（2）打開“小太陽”的開關，使小燈泡發(fā)光。

（3）先沿著軌道自西向東緩緩移動地球儀（不自轉(zhuǎn)），觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象（注意移動時地軸傾斜方向保持不變）。

（4）沿著軌道自東向西緩緩移動地球儀（不自轉(zhuǎn)），觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象（注意移動時地軸傾斜方向保持不變）。

實驗3：“地球自轉(zhuǎn)（但不公轉(zhuǎn)）”的使用方法。

（1）地球儀安置在軌道上，“小太陽”安置在軌道平面的圓心上。

（2）打開“小太陽”的開關，使小燈泡發(fā)光。

（3）打開地球儀的自西向東開關，地球儀自西向東自轉(zhuǎn)，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象。

（4）打開地球儀的自東向西開關，球球儀自東向西自轉(zhuǎn)，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象。

實驗4：“地球繞著太陽公轉(zhuǎn)的同時也自轉(zhuǎn)”的使用方法。

（1）地球儀安置在軌道上，“小太陽”安置在軌道平面的圓心上。

（2）打開“小太陽”的開關，使小燈泡發(fā)光。

（3）打開地球儀的自西向東開關，地球儀自西向東自轉(zhuǎn)。先沿著軌道自西向東緩緩移動地球儀，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象。然后沿著軌道自東向西緩緩移動地球儀，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象（注意移動時地軸傾斜方向保持不變）。

（4）打開地球儀的自東向西開關，地球儀自東向西自轉(zhuǎn)。先沿著軌道自西向東緩緩移動地球儀，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象。然后沿著軌道自東向西緩緩移動地球儀，觀察地球儀上的小標記的“晝夜交替”現(xiàn)象（注意移動時地軸傾斜方向保持不變）。

4模擬實驗裝置的優(yōu)點

小學生的空間想象力不是很強，還沒有很好地建立對宇宙空間的概念，對天體運動形式認識模糊，抽象思維能力有些不足。這套實驗裝置針對這些問題，能夠形象地模擬出地球和太陽之間可能存在的各種運動形式，操作性強，把復雜的天文現(xiàn)象簡單化，降低了學生實驗探究的難度，提高了課堂教學效率。通過這套模擬實驗裝置，把猜想出的地球和太陽之間可能存在的各種運動形式模擬出來，極大地提高了學生動手動腦能力，同時也促進學生形成正確的宇宙觀。