巧用新材料點亮課堂
——可變色和顯示溫度的熱傳導實驗裝置

◎山東省威海市文登區文峰小學 田明勇

“熱傳導”是青島版小學科學四年級下冊“熱的傳遞”單元中的內容。為了使學生理解“熱是怎樣在固體中傳遞的”，教材中設計的實驗是：先把銅棒固定在鐵架臺上，將鐵架臺調節至適當高度。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，以此來分析熱是怎樣在銅棒中傳遞的(如圖1)。

圖1

原實驗的不足

在多年的教學實踐中，我發現教材中實驗的不足之處主要表現在以下幾個方面：

1.實驗現象不直觀。學生只能看到火柴一根根掉落，無法觀察到熱傳遞的整個過程，不能完全理解熱傳導的概念。

2.操作難度大。實驗前,要用凡士林把火柴粘在銅棒上,這對小學生來說有一定的難度。

3.實驗效率低。第一次實驗結束后，由于銅棒短時間內不能馬上冷卻，所以凡士林接觸銅棒后會處于半融化狀態，很難將火柴再次粘到銅棒上。

4.實驗成功率低。受火柴質量、凡士林用量及學生操作的穩定性等因素影響，實驗時4 根火柴往往不能按照預定的順序依次掉落。

5.結論不科學。學生只能從4根火柴掉落的順序感受熱傳遞的方向，缺少數據支撐。

實驗創新改進

針對原實驗存在的不足，我做了如下改進：

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 個數顯式溫度傳感器等。

2.制作過程

（1）將14 厘米×20 厘米的白鐵板做成圖2 所示形狀。

圖2

（2）將數顯式溫度傳感器的金屬探頭焊接在白鐵板的適當位置，并使相鄰的兩個數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 個數顯式溫度傳感器的顯示屏固定在圖4 所示的支架上。同時將金屬探頭上的導線與對應的顯示屏上的導線連接好。

圖4

（4）將裝有數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色可逆溫變油墨（如圖6）。

圖6

3.實驗操作

為了保證探究實驗的科學性和準確性，我們應多做幾次實驗，同時做好實驗記錄。

（1）點燃酒精燈，加熱涂有藍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象（如圖8）。

圖8

（3）觀察3 個數顯式溫度傳感器上的數值變化，并做好記錄（如圖9）。

表1 熱傳導實驗記錄表

圖9

4.實驗結論

藍色可逆溫變油墨從加熱點向四周慢慢消失，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。

實驗優點

1.化抽象為具體。借助可逆溫變油墨達到預定溫度會變色的特性，將抽象的熱傳導“可視化”，使學生直觀、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.測量精準化。數顯式溫度傳感器可使實驗測量精準化，將抽象的實驗現象轉換成具體的實驗數據。

3.激發學習興趣。教師使用改進后的教具教學，能激發學生的學習興趣，有利于學生在合作交流中學習。

總結

近兩年的課堂教學實踐證明，將可逆溫變油墨和數顯式溫度傳感器等新材料巧妙應用于課堂，不但能激發學生探究的積極性和主動性，還能提升學生自主探究的能力和創新能力。