把握材料特性優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

朱建英

在小學(xué)科學(xué)課教學(xué)中，我們要經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)，在此過(guò)程中勢(shì)必要考慮選擇什么樣的材料、怎樣有效使用這些材料的問(wèn)題。學(xué)生把握好材料的特性，有助于他們更好地設(shè)計(jì)和開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。那么，如何引導(dǎo)學(xué)生把握材料特性，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)呢？下面以《熱是怎樣傳遞的》一課的教學(xué)為例進(jìn)行探討。

溫度計(jì)的選擇

《熱是怎樣傳遞的》一課的教學(xué)中，教師一般會(huì)用一根浸在熱水中的銅棒來(lái)導(dǎo)入新課，聚焦“露在外面的銅棒是怎么熱起來(lái)的”“熱在銅棒上是怎么傳遞的”等問(wèn)題。接著，教師通常會(huì)引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣讓“看不見(jiàn)”的熱傳遞過(guò)程“可視化”，并根據(jù)所觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行抽象概括，建構(gòu)熱傳導(dǎo)概念。但筆者觀察幾位教師多次執(zhí)教本課后，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生設(shè)計(jì)教科書(shū)上要求做的實(shí)驗(yàn)時(shí)，最容易想到的方法是用常規(guī)的、玻璃制成的溫度計(jì)去測(cè)一測(cè)在一端加熱的銅棒不同部位的溫度，通過(guò)溫度計(jì)讀數(shù)的變化來(lái)“看見(jiàn)”熱的傳遞。究其原因，是因?yàn)闊崤c溫度計(jì)聯(lián)系緊密，學(xué)生具有一定的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)溫度計(jì)的特性比較熟悉，很容易想到用它來(lái)測(cè)量。但是，這種常規(guī)的溫度計(jì)有它的局限性，這個(gè)實(shí)驗(yàn)使用常規(guī)溫度計(jì)顯然是不合適的。

有位教師在執(zhí)教《熱是怎樣傳遞的》一課時(shí)，當(dāng)學(xué)生提出用溫度計(jì)測(cè)量時(shí)，他沒(méi)有馬上告訴學(xué)生為什么不可以用常規(guī)溫度計(jì)，而是順著他們的思路，引導(dǎo)他們思考、討論應(yīng)當(dāng)如何測(cè)量、需要注意哪些問(wèn)題，最后再引導(dǎo)他們觀察常規(guī)溫度計(jì)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)它存在顯示滯后、讀數(shù)慢、測(cè)量位置不方便、溫度計(jì)液泡不宜接觸加熱的金屬棒等問(wèn)題，當(dāng)學(xué)生感覺(jué)這種溫度計(jì)不方便使用而不知所措時(shí)，教師順勢(shì)出示數(shù)顯溫度計(jì)傳感器（如圖1），并介紹了它的特點(diǎn)和使用方法。這樣，既滿足了學(xué)生的需求，又解決了他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的困難。

如何使用數(shù)顯溫度計(jì)測(cè)量并觀察熱傳導(dǎo)現(xiàn)象呢？教師引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)數(shù)顯溫度計(jì)的特性，進(jìn)行了以下探討：

師：用數(shù)顯溫度計(jì)測(cè)量金屬棒的哪個(gè)位置？

生：中間位置。

生：用一個(gè)溫度計(jì)看不出傳導(dǎo)現(xiàn)象，最好多用幾個(gè)。

師：要幾個(gè)？怎么放？

生：4個(gè)可不可以？排列在金屬棒上。

師：對(duì)這4個(gè)溫度計(jì)還有其他要求嗎？

生：間隔的距離要一樣。

（在交流過(guò)程中，教師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行板書(shū)：在金屬棒上畫(huà)上溫度計(jì)，并為溫度計(jì)標(biāo)上名稱。）

師：準(zhǔn)備什么時(shí)候測(cè)溫度？

生：過(guò)幾分鐘。

師：剛開(kāi)始加熱的金屬棒，前端變熱比較快。

生：過(guò)幾分鐘看，熱早就傳過(guò)去了，還是時(shí)間短一點(diǎn)吧。

生：半分鐘差不多了。

生：多測(cè)幾次，就可以看到熱是怎么變化的。

生：我覺(jué)得加熱前就應(yīng)該測(cè)一下，這樣與加熱后就有比較了。

以上教學(xué)，教師沒(méi)有打斷學(xué)生的思維，保證了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)思維的連續(xù)性，讓他們認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)了解實(shí)驗(yàn)材料特性的重要性。

溫變油墨的運(yùn)用

許多學(xué)校沒(méi)有數(shù)顯溫度計(jì)，那么設(shè)計(jì)什么樣的實(shí)驗(yàn)可以讓熱傳導(dǎo)現(xiàn)象外顯出來(lái)，方便學(xué)生觀察、認(rèn)知呢？教學(xué)中常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)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(shí)際教學(xué)中，我們不難發(fā)現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)在具體操作時(shí)暴露出諸多弊端：學(xué)生用凡士林粘火柴或滴蠟油時(shí)往往控制不好，實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜且耗時(shí)長(zhǎng)，容易使學(xué)生產(chǎn)生熱是呈階段性、跳躍式向外傳遞的錯(cuò)覺(jué)，不能直觀觀察到熱的連續(xù)傳遞過(guò)程，不利于學(xué)生有效建構(gòu)熱傳導(dǎo)概念。

有些教師在設(shè)計(jì)熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(huán)境溫度的變化而迅速改變顏色，從而使被著色物體具有動(dòng)態(tài)變化的色彩效果。有位教師執(zhí)教《熱是怎樣傳遞的》一課時(shí)，為了讓學(xué)生了解溫變油墨的性質(zhì)，在后面設(shè)計(jì)“看得見(jiàn)”的熱傳遞實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)嘗試使用這種材料，設(shè)計(jì)了以下活動(dòng)：

教師準(zhǔn)備了一個(gè)黑色的陶瓷杯子，拿起熱水壺說(shuō)：“老師給大家表演個(gè)魔術(shù)，要睜大眼睛，看看誰(shuí)能解密。”此時(shí)，一雙雙小眼睛都聚精會(huì)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(xiàn)出里面的圖案。看到這種神奇的現(xiàn)象，學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的興趣和好奇心，躍躍欲試地想說(shuō)說(shuō)自己的想法。他們認(rèn)為：杯子外面有一層特殊的、神奇的材料，遇到熱會(huì)發(fā)生變化。雖然學(xué)生不知道這種材料的名字，但是他們認(rèn)識(shí)到這種材料的神秘特性將在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)揮重要作用。

教師用魔術(shù)、游戲、動(dòng)畫(huà)等形式生動(dòng)形象地展示實(shí)驗(yàn)材料的性能，符合小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。教師沒(méi)有簡(jiǎn)單、直白地介紹溫變油墨，而是采用魔術(shù)的方式揭開(kāi)溫變油墨神秘的面紗，既充滿了趣味性，又讓學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)到溫變油墨的特殊性能。

當(dāng)學(xué)生熟悉了新材料的特性后，教師就能有效地引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

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(xué)生分小組討論。）

師：誰(shuí)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(jìn)熱水里就可以看見(jiàn)了。

生：放進(jìn)熱水里的部分涂上，上面不需要涂。

生：我覺(jué)得浸到水里的部分可以不涂，只涂上面。

生：應(yīng)該整根都涂，這樣一進(jìn)到水里就會(huì)從下面開(kāi)始變色。

生：把特殊材料換成溫度計(jì)測(cè)量也可以知道熱量有沒(méi)有傳過(guò)來(lái)。

生：溫度計(jì)不好固定在金屬棒上。

學(xué)生緊緊圍繞著主題展開(kāi)討論，既有與他人思維的對(duì)比，也有對(duì)自己思維的審視。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生因?yàn)槭煜ち瞬牧系男阅埽牧蠈?duì)他們的思維具有引領(lǐng)作用，他們的思路更加清晰，實(shí)驗(yàn)?zāi)康母用鞔_，設(shè)計(jì)更加合理，他們的科學(xué)思維在討論、質(zhì)疑、辨析的過(guò)程中得到發(fā)展。