《吸熱和散熱》實(shí)驗(yàn)課教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

陳銀寒

【背景】

本文以蘇教版科學(xué)四年級(jí)上冊教材《吸熱和散熱》一課為例，以自制熱輻射實(shí)驗(yàn)裝置為教具，改編原有教材中的實(shí)驗(yàn)，展開實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【教材資源簡析】

在江蘇教育出版社 ?（2018年版）教材中，對水與油、不同的固體材料、黑白色水或不同色調(diào)的氣球的吸熱和散熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)際教學(xué)中，這4組實(shí)驗(yàn)無論是器材的選擇，還是實(shí)際的操作，都存在一些問題。探究水與油的吸熱散熱性能時(shí)，學(xué)生需要用酒精燈儀器加熱，不同的酒精燈火焰有大有小，導(dǎo)致熱量不均，學(xué)生難以控制。熄滅加熱裝置后，我們可以看到一分鐘內(nèi)水的溫度很快下降了，與此相反，油的溫度卻仍然在繼續(xù)上升，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)大約兩分鐘后達(dá)到最高點(diǎn)后再下降。因?yàn)橛秃退禍貢r(shí)存在時(shí)間差，學(xué)生使用的是傳統(tǒng)的溫度計(jì)，實(shí)驗(yàn)中要準(zhǔn)確測量水和油的溫度，較難掌控。 實(shí)驗(yàn)2中用紙板和金屬片做實(shí)驗(yàn)，紙板和金屬片的厚度不能做到精準(zhǔn)統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性;教材編排的對比實(shí)驗(yàn)大都需要太陽光才能進(jìn)行，受制于天氣影響，雨天無法在室外進(jìn)行。

【設(shè)計(jì)理念】

通過前三課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對物體的吸熱和散熱現(xiàn)象已有一定的了解，知道一杯水會(huì)慢慢變涼，知道熱的傳遞方式的熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射，認(rèn)識(shí)了物體的熱脹冷縮現(xiàn)象。基于此，本課通過對身邊物體的吸熱和散熱現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生意識(shí)到我們生活中常見現(xiàn)象中蘊(yùn)含著一定的科學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生樂于與他人合作的科學(xué)探究精神。

【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】

創(chuàng)新一：教學(xué)具設(shè)計(jì)

為解決原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)存在的問題，經(jīng)過反復(fù)的研究和實(shí)踐，我自主設(shè)計(jì)了熱輻射實(shí)驗(yàn)裝置，這是我對教學(xué)具的創(chuàng)新。熱輻射實(shí)驗(yàn)裝置采用100W燈泡作為熱源，避免了天氣因素的限制。100W燈泡升溫快，被測物體短時(shí)間內(nèi)升溫快，實(shí)驗(yàn)效果明顯。此實(shí)驗(yàn)裝置還配備了三套實(shí)驗(yàn)材料：材料一：黑白兩色、相同大小的紙盒;材料二：黑白兩色沙;材料三： 黑色、白色液體。從保護(hù)學(xué)生視力的角度出發(fā)，我設(shè)計(jì)了遮光罩，用于遮擋白熾燈向四周發(fā)散的光束。此實(shí)驗(yàn)裝置安全，材料便利，利于學(xué)生探究。

創(chuàng)新二：調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

從學(xué)生認(rèn)知角度來看，學(xué)生在生活中知道的更多的是關(guān)于物體顏色與吸熱的經(jīng)驗(yàn)，顯然教材中編排的前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是不符合學(xué)生學(xué)情的。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對江蘇教育出版社2018年版教材中的實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容進(jìn)行了新的調(diào)整。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是研究同一物質(zhì)不同顏色的吸熱和散熱性能;第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是研究不同材料的吸熱和散熱性能。

創(chuàng)新三： 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

基于學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)狀況，依托熱輻射實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合小 學(xué) 科學(xué)教 學(xué) 的探究模式（提問、假設(shè)、尋找證據(jù)、得出結(jié)論），做了本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)。⒈圖片引入：創(chuàng)設(shè)情境，問題再現(xiàn);⒉對比實(shí)驗(yàn)：研究物體的吸熱和散熱性能，這部分主要研究不同顏色的同一物質(zhì)與相同顏色的不同物質(zhì)的吸熱、散熱性能;⒊舉例說明吸熱和散熱性能在日常生活中的運(yùn)用;⒋學(xué)做一個(gè)保溫杯，思考制作一個(gè)保溫杯，我們需要用到哪些材料，用什么材料做的保溫杯效果較好。

【活動(dòng)過程】

本案例活動(dòng)共分為四個(gè)環(huán)節(jié)，下面是活動(dòng)的基本框架。

1.情境創(chuàng)設(shè)，問題再現(xiàn)

出示陽光下學(xué)生上體育課的場景圖及學(xué)生觸摸陽光下的物體，讓學(xué)生談感受，以此引入本課探究內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對物體的顏色與吸熱、散熱的關(guān)系提出假設(shè)：深色物體吸熱快;淺色物體吸熱慢。

2.探究實(shí)驗(yàn)：物體的吸熱和散熱性能

中年級(jí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力還比較弱，基于學(xué)生的學(xué)情，結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中選擇材料分別是黑白兩種不同顏色的紙盒、沙子和水，紙盒內(nèi)部的空氣是氣體的代表，沙子是固體的代表，水是液體的代表。以紙盒為例，在吸熱實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生先測出黑白兩色紙盒內(nèi)的空氣在0分鐘時(shí)的溫度，即黑白紙盒內(nèi)空氣的初始溫度。打開白熾燈，5分鐘后記錄黑白兩色紙盒內(nèi)空氣的最高溫度。在散熱實(shí)驗(yàn)中，關(guān)閉白熾燈，記錄下黑白紙盒內(nèi)空氣的最高溫度，持續(xù)觀察， 2分鐘后，記錄黑白兩只紙盒內(nèi)空氣的溫度。學(xué)生計(jì)算黑白兩色紙盒吸熱時(shí)溫度差和散熱時(shí)的溫度差，比較數(shù)據(jù)，就能發(fā)現(xiàn)黑色紙盒內(nèi)的空氣比白色紙盒內(nèi)的空氣吸熱快，散熱也快。

3.吸熱和散熱性能在生活中的運(yùn)用

冷的物體在受熱的時(shí)候會(huì)吸收熱量，熱的物體在降溫的時(shí)候會(huì)放出熱量，這在生活中是司空見慣的現(xiàn)象，并且日常生活中人們也常常利用這些現(xiàn)象。在我國許多地方，當(dāng)天冷的時(shí)候人們會(huì)使用熱水袋取暖，就是用熱水所蘊(yùn)含的熱量來取暖。為什么夏天我們大多穿淺色調(diào)的衣服？為什么冬天我們大多穿深色調(diào)的衣服？教材提供了幾幅圖片：為什么冰箱后面的散熱板被漆成黑色，為什么沙漠地區(qū)的阿拉伯人喜歡穿白色長袍，為什么海水和海邊沙灘的溫度不一樣等，其意圖是引導(dǎo)學(xué)生放眼生活，在生活中尋找人們利用物體吸熱和散熱性能的實(shí)例。

4.拓展：設(shè)計(jì)制作保溫杯

讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)保溫杯，課上讓學(xué)生分小組合作，討論如何設(shè)計(jì)更保溫，需要什么材料，設(shè)計(jì)的依據(jù)是什么。