巧用新材料點(diǎn)亮課堂
——可變色和顯示溫度的熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)裝置

◎山東省威海市文登區(qū)文峰小學(xué) 田明勇

“熱傳導(dǎo)”是青島版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“熱的傳遞”單元中的內(nèi)容。為了使學(xué)生理解“熱是怎樣在固體中傳遞的”，教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是：先把銅棒固定在鐵架臺(tái)上，將鐵架臺(tái)調(diào)節(jié)至適當(dāng)高度。然后取4 根火柴，在火柴頭上抹少許凡士林，將4 根火柴分別粘在銅棒的4個(gè)凹痕處。最后用酒精燈加熱銅棒的外端，觀察4 根火柴掉落的順序，以此來(lái)分析熱是怎樣在銅棒中傳遞的(如圖1)。

圖1

原實(shí)驗(yàn)的不足

在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我發(fā)現(xiàn)教材中實(shí)驗(yàn)的不足之處主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不直觀。學(xué)生只能看到火柴一根根掉落，無(wú)法觀察到熱傳遞的整個(gè)過(guò)程，不能完全理解熱傳導(dǎo)的概念。

2.操作難度大。實(shí)驗(yàn)前,要用凡士林把火柴粘在銅棒上,這對(duì)小學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度。

3.實(shí)驗(yàn)效率低。第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，由于銅棒短時(shí)間內(nèi)不能馬上冷卻，所以凡士林接觸銅棒后會(huì)處于半融化狀態(tài)，很難將火柴再次粘到銅棒上。

4.實(shí)驗(yàn)成功率低。受火柴質(zhì)量、凡士林用量及學(xué)生操作的穩(wěn)定性等因素影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)4 根火柴往往不能按照預(yù)定的順序依次掉落。

5.結(jié)論不科學(xué)。學(xué)生只能從4根火柴掉落的順序感受熱傳遞的方向，缺少數(shù)據(jù)支撐。

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)

針對(duì)原實(shí)驗(yàn)存在的不足，我做了如下改進(jìn)：

1.制作材料

14 厘米×20 厘米的白鐵板、可逆溫變油墨、三腳架、酒精燈、3 個(gè)數(shù)顯式溫度傳感器等。

2.制作過(guò)程

（1）將14 厘米×20 厘米的白鐵板做成圖2 所示形狀。

圖2

（2）將數(shù)顯式溫度傳感器的金屬探頭焊接在白鐵板的適當(dāng)位置，并使相鄰的兩個(gè)數(shù)顯式溫度傳感器的金屬探頭間隔2 厘米（如圖3）。

圖3

（3）將3 個(gè)數(shù)顯式溫度傳感器的顯示屏固定在圖4 所示的支架上。同時(shí)將金屬探頭上的導(dǎo)線與對(duì)應(yīng)的顯示屏上的導(dǎo)線連接好。

圖4

（4）將裝有數(shù)顯式溫度傳感器金屬探頭和顯示屏的白鐵板焊接在三腳架上（如圖5）。

圖5

（5）在白鐵板表面均勻地涂刷藍(lán)色可逆溫變油墨（如圖6）。

圖6

3.實(shí)驗(yàn)操作

為了保證探究實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，我們應(yīng)多做幾次實(shí)驗(yàn)，同時(shí)做好實(shí)驗(yàn)記錄。

（1）點(diǎn)燃酒精燈，加熱涂有藍(lán)色可逆溫變油墨的白鐵板中間位置（如圖7）。

圖7

（2）觀察可逆溫變油墨變色的現(xiàn)象（如圖8）。

圖8

（3）觀察3 個(gè)數(shù)顯式溫度傳感器上的數(shù)值變化，并做好記錄（如圖9）。

表1 熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)記錄表

圖9

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

藍(lán)色可逆溫變油墨從加熱點(diǎn)向四周慢慢消失，可見熱沿著物體從溫度高的部分傳到溫度低的部分，這種熱傳遞的方式叫作熱傳導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

1.化抽象為具體。借助可逆溫變油墨達(dá)到預(yù)定溫度會(huì)變色的特性，將抽象的熱傳導(dǎo)“可視化”，使學(xué)生直觀、形象地看到熱沿著物體從溫度高的部分傳到溫度低的部分。

2.測(cè)量精準(zhǔn)化。數(shù)顯式溫度傳感器可使實(shí)驗(yàn)測(cè)量精準(zhǔn)化，將抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教師使用改進(jìn)后的教具教學(xué)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生在合作交流中學(xué)習(xí)。

總結(jié)

近兩年的課堂教學(xué)實(shí)踐證明，將可逆溫變油墨和數(shù)顯式溫度傳感器等新材料巧妙應(yīng)用于課堂，不但能激發(fā)學(xué)生探究的積極性和主動(dòng)性，還能提升學(xué)生自主探究的能力和創(chuàng)新能力。