把握材料特性優化實驗教學

朱建英

在小學科學課教學中，我們要經常引導學生進行實驗設計，并依據實驗設計開展探究性實驗，在此過程中勢必要考慮選擇什么樣的材料、怎樣有效使用這些材料的問題。學生把握好材料的特性，有助于他們更好地設計和開展實驗。那么，如何引導學生把握材料特性，優化實驗教學呢？下面以《熱是怎樣傳遞的》一課的教學為例進行探討。

溫度計的選擇

《熱是怎樣傳遞的》一課的教學中，教師一般會用一根浸在熱水中的銅棒來導入新課，聚焦“露在外面的銅棒是怎么熱起來的”“熱在銅棒上是怎么傳遞的”等問題。接著，教師通常會引導學生思考怎樣讓“看不見”的熱傳遞過程“可視化”，并根據所觀察到的現象進行抽象概括，建構熱傳導概念。但筆者觀察幾位教師多次執教本課后，發現大多數學生設計教科書上要求做的實驗時，最容易想到的方法是用常規的、玻璃制成的溫度計去測一測在一端加熱的銅棒不同部位的溫度，通過溫度計讀數的變化來“看見”熱的傳遞。究其原因，是因為熱與溫度計聯系緊密，學生具有一定的生活經驗，對溫度計的特性比較熟悉，很容易想到用它來測量。但是，這種常規的溫度計有它的局限性，這個實驗使用常規溫度計顯然是不合適的。

有位教師在執教《熱是怎樣傳遞的》一課時，當學生提出用溫度計測量時，他沒有馬上告訴學生為什么不可以用常規溫度計，而是順著他們的思路，引導他們思考、討論應當如何測量、需要注意哪些問題，最后再引導他們觀察常規溫度計的特點，發現它存在顯示滯后、讀數慢、測量位置不方便、溫度計液泡不宜接觸加熱的金屬棒等問題，當學生感覺這種溫度計不方便使用而不知所措時，教師順勢出示數顯溫度計傳感器（如圖1），并介紹了它的特點和使用方法。這樣，既滿足了學生的需求，又解決了他們在實驗中遇到的困難。

如何使用數顯溫度計測量并觀察熱傳導現象呢？教師引導學生針對數顯溫度計的特性，進行了以下探討：

師：用數顯溫度計測量金屬棒的哪個位置？

生：中間位置。

生：用一個溫度計看不出傳導現象，最好多用幾個。

師：要幾個？怎么放？

生：4個可不可以？排列在金屬棒上。

師：對這4個溫度計還有其他要求嗎？

生：間隔的距離要一樣。

（在交流過程中，教師根據學生的設計思路進行板書：在金屬棒上畫上溫度計，并為溫度計標上名稱。）

師：準備什么時候測溫度？

生：過幾分鐘。

師：剛開始加熱的金屬棒，前端變熱比較快。

生：過幾分鐘看，熱早就傳過去了，還是時間短一點吧。

生：半分鐘差不多了。

生：多測幾次，就可以看到熱是怎么變化的。

生：我覺得加熱前就應該測一下，這樣與加熱后就有比較了。

以上教學，教師沒有打斷學生的思維，保證了學生設計實驗時思維的連續性，讓他們認識到設計實驗時了解實驗材料特性的重要性。

溫變油墨的運用

許多學校沒有數顯溫度計，那么設計什么樣的實驗可以讓熱傳導現象外顯出來，方便學生觀察、認知呢？教學中常見的實驗方法有：用凡士林把火柴等距離地粘在鐵條上，加熱鐵條的一端，觀察火柴掉落的順序;將蠟油等距離地滴在金屬湯匙柄的前端、中間和末端，用酒精燈分別在湯匙前端、中端和末端加熱，觀察不同位置上蠟融化的情形。但從實際教學中，我們不難發現，這些實驗在具體操作時暴露出諸多弊端：學生用凡士林粘火柴或滴蠟油時往往控制不好，實驗過程復雜且耗時長，容易使學生產生熱是呈階段性、跳躍式向外傳遞的錯覺，不能直觀觀察到熱的連續傳遞過程，不利于學生有效建構熱傳導概念。

有些教師在設計熱傳導實驗時，選用了溫變油墨。溫變油墨又稱熱變色油墨、熱敏油墨，它可以隨環境溫度的變化而迅速改變顏色，從而使被著色物體具有動態變化的色彩效果。有位教師執教《熱是怎樣傳遞的》一課時，為了讓學生了解溫變油墨的性質，在后面設計“看得見”的熱傳遞實驗裝置時嘗試使用這種材料，設計了以下活動：

教師準備了一個黑色的陶瓷杯子，拿起熱水壺說：“老師給大家表演個魔術，要睜大眼睛，看看誰能解密?！贝藭r，一雙雙小眼睛都聚精會神地看著老師。教師慢慢地往杯子里倒上熱水，杯子表面的黑色從下而上慢慢褪去，展現出里面的圖案。看到這種神奇的現象，學生產生了濃厚的興趣和好奇心，躍躍欲試地想說說自己的想法。他們認為：杯子外面有一層特殊的、神奇的材料，遇到熱會發生變化。雖然學生不知道這種材料的名字，但是他們認識到這種材料的神秘特性將在設計實驗時發揮重要作用。

教師用魔術、游戲、動畫等形式生動形象地展示實驗材料的性能，符合小學生的認知特點。教師沒有簡單、直白地介紹溫變油墨，而是采用魔術的方式揭開溫變油墨神秘的面紗，既充滿了趣味性，又讓學生深刻地認識到溫變油墨的特殊性能。

當學生熟悉了新材料的特性后，教師就能有效地引導學生設計實驗：

師：你們有什么辦法讓我們看到熱在金屬棒上的傳遞？各小組討論一下。

（學生分小組討論。）

師：誰愿意把你們的想法和大家分享一下？

生：將這種特殊的材料涂在金屬棒上，放進熱水里就可以看見了。

生：放進熱水里的部分涂上，上面不需要涂。

生：我覺得浸到水里的部分可以不涂，只涂上面。

生：應該整根都涂，這樣一進到水里就會從下面開始變色。

生：把特殊材料換成溫度計測量也可以知道熱量有沒有傳過來。

生：溫度計不好固定在金屬棒上。

學生緊緊圍繞著主題展開討論，既有與他人思維的對比，也有對自己思維的審視。在這個過程中，學生因為熟悉了材料的性能，材料對他們的思維具有引領作用，他們的思路更加清晰，實驗目的更加明確，設計更加合理，他們的科學思維在討論、質疑、辨析的過程中得到發展。