創新“銅球的加熱和冷卻實驗”設計

◇雷 鵬（江蘇：揚州市汶河小學東區校）

小學科學課程的宗旨是培養學生的科學素養，而實驗是培養學生科學素養的重要手段，因此如何設計具有實踐性及趣味性的實驗相當重要。

只有對實驗教學不斷地進行改進和創新，實驗教學才會充滿生機和活力。筆者以蘇教版小學科學中的“銅球的加熱和冷卻實驗”為例，詳細闡述實驗創新的兩種主要方法——傳統意義上的創新和結合新技術的創新。

原裝置存在的問題：

僅根據銅球的加熱和冷卻實驗就推斷所有固體具有熱脹冷縮的性質是不嚴謹的，銻、鉍、鎵就是典型的熱縮冷脹固體；

裝置對實驗的材料要求較高，不能簡單將銅球換成同樣規格的鋁球或者鐵球，因為經查表得知，銅、鋁、鐵的線性膨脹系數分別為17.5，23.2和12.2；

實驗相對枯燥，缺乏趣味性，不能長時間吸引學生的注意力。

為了解決這一問題，一線教師及專家學者可謂是“八仙過海各顯神通”，他們從不同的角度對實驗進行了改良，在讓效果更明顯的同時注重趣味性。

一、傳統意義上的改進

在小學階段，實驗材料和教師是制約開展實驗操作的主要因素。

曾有一線教師使用游標卡尺和螺旋測微器測量加熱后的銅球變化的大小，但由于銅球加熱后很燙，存在重大的安全隱患被拋棄。

曾有教師設計了如下的實驗裝置（如圖1）來驗證固體的熱脹冷縮性質，當酒精燈加熱時，金屬絲膨脹延伸，帶動指針偏轉，膨脹越大偏轉越厲害。但是該裝置切換金屬絲比較困難，無法驗證多種固體材料。

廣東的董慧珊等另辟蹊徑，通過將熱力學信號轉化為更直觀的光學信號，使得實驗效果更加明顯。但由于兩根金屬絲之間的間隙及高度很難控制，容易造成實驗成功率不高，因而沒有普及開來。

筆者為了解決該裝置存在的問題，設計了以下的實驗裝置，如圖2。

雖然該裝置有了一定的進步，但是間隙的控制仍是一個需要解決的問題。間隙過大，易導致加熱時間過長及實驗失敗；間隙過小，金屬冷縮的時候金屬片之間無法有效分離，也導致實驗失敗。

二、與現代技術相結合

《教育信息化“十三五”規劃》和《教育信息化2.0 行動計劃》明確指出，要建設教育信息化體系和“互聯網+教育”的大平臺，提升師生的信息化水平。筆者認為小學科學實驗也應與現代化的信息手段相接軌。

由于金屬固體的熱脹冷縮現象極不明顯，除了傳統的轉化法之外，我們還可以借助放大法。武漢的李定海在其發表的論文中提到用一種光杠桿法來放大金屬的膨脹系數，也曾有教師利用紅外線投影偏移程度測定金屬的熱脹冷縮現象。但筆者并不需要借助該工具，而用希沃EN5 電腦版和手機版。第一步確保手機和電腦處于同一Wi-Fi 下，開啟移動授課，點擊右上方工具箱選擇攝像，固定手機后聚焦圖2 裝置中的空隙部分。此時，希沃一體機上會呈現一個放大幾百倍的空隙的圖像，加熱冷卻均有很明顯的實驗現象。

筆者將壓力傳感器引入實驗（如圖3），固體受熱時體積膨脹，但因空間限制會擠壓傳感器，顯示屏上就會出現相應的示數，體積變化越明顯，示數就越大。將微小的肉眼不可見的形變轉化為具體的數字，直觀形象，操作簡便，并可根據固體的形狀調節底部的螺桿，旋轉到合適位置固定，確保待加熱的固體和壓力傳感器之間的間隙極小，壓力傳感器上的示數為0。

該裝置以事實為依據，建立在真實數據的基礎上，增強了實驗的可視化程度，而且耗時短，速度快。切換待加熱材料也相當方便，無論是金屬還是非金屬，只要是可以加熱的固體均可用來實驗，實驗材料和數據的增多使得實驗更具可靠性，避免了以偏概全的問題。

實驗創新源于對教材中實驗的思考，源于更好地突破實驗重難點，源于更好地發揮學生的主觀能動性，源于提升課堂效率。俗語說得好，“世上無難事，只怕有心人”，只要我們做一個對實驗有心的人，創新的靈感就會時不時地迸發。