馬成海

小學四年級科學課程“熱的傳導”實驗，是小學階段熱學的重要實驗，也是每年科學實驗考核內容之一。傳統的熱傳導實驗，火柴棒用凡士林粘在金屬棒上，加熱金屬棒一端，凡士林熔化，火柴依次脫落，用視覺間接地感知“熱”從高溫物體向低溫物體傳遞的過程，反映熱傳導方向。每次做熱傳導實驗，會有各種狀況出現：由于凡士林用量不均，后面的火柴可能比前面的先脫落，或一齊脫落，等待全部脫落的時間很長等，各點溫度的變化情況怎樣就更不清楚了。

一、對傳統實驗的反思

熱的傳導傳統實驗現象會給學生學習熱傳導知識造成一定的困惑，熱的傳導不是從高溫處傳到低溫處嗎？怎么后面的反比前面的火柴棒先落下？實驗只有做成功了，才能使學生認識熱傳導的特征。因此，結合數字實驗，運用溫度傳感器、采集器等儀器，對實驗裝置進行了改進設計。

二、數字化實驗設計過程

1. 設計思路：熱與溫度有關，熱量從高溫處向低溫處傳導，溫度超高，吸收的熱量就越多，可以用溫度來顯示熱量傳導的情況。溫度傳感器，可以直接測量金屬棒的溫度，通過采集器收集，把溫度顯示在屏上，并有曲線圖像反映溫度變化的情況，使實驗數據具體形象。

2. 金屬棒的改進思路：為測量不同處的溫度情況，至少需要三個溫度傳感器，分別裝在金屬棒前、中、后間隔相同的位置。如何使溫度傳感器準確地測量金屬棒的溫度？溫度傳感器的感應點在桿的頂端，直接把傳感器與金屬棒垂直接觸，可以測量此處的溫度，感應點頂端，是圓面，而金屬棒也是圓面，圓面對圓面，接觸面小，且不穩定，易松脫，時觸時離，影響測量結果。如何能使它們充分接觸？由木質家具的榫卯結構聯想到，在金屬棒側面用電鉆鉆出小凹，使之與傳感器頂端大小相同，凸面對凹面，就可以解決接觸的問題，使兩面完美結合。

3. 木方架的構想：如何使溫度傳感器能豎直并穩固地與金屬棒接觸呢？還是學生提醒了我：有東西架著傳感器，就不用我們那么累了。用木方做架最簡單，把木方鉆孔，固定成架，把傳感器插入孔，垂直放置，就起穩定作用。

三、實驗制作材料

金屬棒長40cm，木方長25cm，溫度傳感器3支，采集器1個，酒精燈1盞，鐵架臺及鐵夾。

四、裝置制作方法

1. 截取直徑0.4cm，長40cm金屬棒，取寬3cm，高2cm，長25cm的木方。

2. 因溫度傳感器的溫度感應點在頂端，為使與金屬棒充分接觸，在金屬棒側面相同間隔處，用電鉆鉆出與感應點大小相同的小凹；木方從上到下鉆孔，間隔與金屬棒的小凹相同，涂上顏色，增加美感，標注頻道序號。

3. 把木方、金屬棒分別用鐵夾夾住，并固定在鐵架臺上，再把溫度傳感器插入木方小孔中，并與金屬棒小凹對應接觸，這樣，就把溫度傳感器垂直固定，并與金屬棒充分接觸，再把溫度傳感器接頭插入采集器的插口就可使用了。

五、實驗方法

1. 把溫度傳感器插入木方架，觸點與金屬棒小凹接實，連接采集器。

2. 閉合采集器開關，使它正常顯示，用采集器觸筆點擊采集器上“=”均衡鍵，設置三支溫度傳感器的初始溫度相同，設置采樣數：10個/秒，再設置測量時間，5分鐘為宜，可在屏上收集到完整的溫度曲線。

3. 點燃酒精燈，在一端加熱金屬棒，同時按開始鍵，溫度傳感器開始測量數據，傳到采集器，就可以觀察采集器上的溫度變化及曲線圖了。

4. 換用不同的金屬棒，還可以探究不同金屬熱傳導的快慢情況，發現物質熱的性質。

本裝置學生可以自己做分組實驗，也可以與電腦連接，用Addestation v5.0顯示數據，投影到屏幕，老師做演示實驗，方便學生觀看。

六、改進實驗的亮點

本次實驗改進，克服了傳統實驗的缺陷，從另一角度完成熱的傳導實驗，更科學地進行探究，達到預期目的。有如下亮點：1. 改進后的實驗裝置， 有兩個巧妙之處：一是金屬棒上的小凹，能使溫度傳感器的觸頭與金屬棒充分接觸；二是木方架的作用。2. 運用數字化儀器到實驗裝置中，使現象數字化、圖像化顯示。3. 數字化實驗測量數據以數字顯示，并有坐標曲線圖，可連續測量，數字顯示也是連續變化的，并自動保存記錄，生成記錄表，具體形象地顯示實驗過程。4. 增大成功率。數字儀器由傳感器測量，采集器收集數據，能準確測量相關的數據，從數據反映實驗規律，大大提高實驗的成功率。

責任編輯 鄒韻文