“給冷水加熱”創新教具的研究

王 云

浙江省安吉縣第四小學(313300)

“給冷水加熱”選自原教科版小學科學5年級下冊“熱”單元中的第2課,為了研究“熱水在冷水里是沉還是浮”“冷水在熱水里是沉還是浮”這兩個問題,教材設計了這樣兩個實驗:一是用塑料袋裝冷水,把它放在熱水中,觀察沉浮情況;二是用塑料袋裝熱水,把它放在冷水中,觀察沉浮情況。

1 原實驗分析

實驗1分析:將冷水放入熱水中,理論上學生看到的應該是先下沉,再懸浮。因為同體積的冷水比熱水重,重的下沉,輕的上浮;一段時間后,冷水熱水溫度相同,也就是密度相同,所以可能會懸浮。事實上在實驗時,學生觀察到的現象是冷水連著塑料袋是先沉后浮,而不是懸浮。原因在于塑料袋干擾了實驗的結果,因為塑料袋在水中是漂浮的。剛開始,塑料袋和冷水受到的浮力小于重力,所以下沉;一段時間后,袋內冷水的溫度逐漸與熱水相同,此時塑料袋和袋中的熱水受到的浮力大于重力,所以開始上浮。

實驗2分析:將熱水放在冷水里,理論上應該是先上浮然后懸浮。因為開始時,同體積的熱水比冷水輕,所以上浮;一段時間后,熱水和冷水的溫度相同,也就是密度相同,所以就可以是懸浮。而實驗時,學生觀察到的是上浮。究其原因,還是塑料袋導致的。

這兩個實驗均存在干擾學生理解概念的問題,影響沉浮現象的因素有兩個,一個是塑料袋里的水,另一個就是塑料袋。這對小學生來說是很難理解和作出解釋的。

2 改進后的實驗材料

1個注射器、1個塑料瓶、冷水和熱水、紅墨水。

3 改進后的實驗裝置

改進后的實驗裝置如圖1所示。

圖1 改進后的實驗裝置

4 改進后的實驗步驟

實驗1:觀察熱水在冷水中的沉浮現象。先在塑料瓶中裝入冷水,再將熱水著色吸入注射器,然后在塑料瓶的中部將熱水注射到冷水中。如圖2(a)所示,熱水在冷水中先是上浮,然后在上部開始擴散懸浮。

(a) (b)圖2 實驗現象

實驗2:觀察冷水在熱水中的沉浮現象。先在塑料瓶中裝入熱水,再將冷水著色吸入注射器,然后在塑料瓶的中部將冷水注射到熱水中。如圖2(b)所示,冷水在熱水中先下沉,然后在下部開始擴散懸浮。

5 改進實驗優點

(1)設計科學。改進后的實驗研究的是冷水在熱水中的沉浮情況和熱水在冷水中的沉浮情況,所以除了冷水和熱水,沒有其他因素干擾,便于學生建構核心概念。

(2)現象明顯。用紅墨水進行染色,熱水在冷水中上浮然后懸浮,冷水在熱水中下沉然后懸浮,顏色形成鮮明的對比,實驗中上浮、下沉以及懸浮的現象十分明顯。

(3)節省時間。實驗全部做完大約需要10 min,比原實驗更節省時間,適合學生在課堂內進行探究。

(4)操作簡單,安全性高。實驗操作簡單,僅需2名學生就可以完成。實驗在室溫(20 ℃)條件下進行時,熱水溫度只需40 ℃就可以達到較好的實驗效果。