“熱空氣和冷空氣”實驗改進

實驗原型及不足

《熱空氣和冷空氣》一課中，教材利用以下四個活動讓學生認識冷熱空氣的流動規律：通過紙蛇轉動、制作熱氣球的活動，發現熱空氣會上升，認識空氣如何流動；觀察玻璃瓶中煙的流動方向，發現冷熱空氣的流動路徑及規律；制作空氣流動簡易裝置，進一步了解并驗證冷熱空氣流動的規律；借助風的形成模擬圖，推測風的形成原因。

在實際教學中我們發現，該實驗存在一些不足：采用蠟燭作為明火熱源，容易點燃紙蛇和塑料袋，學生在操作過程中存在安全隱患；冷熱空氣流動實驗中空氣流動的現象也不是很明顯，在重力作用下，熱空氣也會下降，造成學生誤判；制作觀察空氣流動的簡易裝置耗時長，學生缺乏探究過程；僅通過分析模擬圖，學生很難真正理解風的成因。

實驗材料

塑料袋、感溫油墨、鳥籠式小太陽加熱器、塑料管、亞克力板、手機、支架、同軸點光源、凹面鏡、蠟燭、點火器、冰塊、亞克力實驗箱、4寸小太陽加熱器、風輪、溫度傳感器、倒流香等。

實驗改進

1.熱氣球升空實驗

小太陽加熱器是一種較安全的熱源，它可以代替蠟燭。與蠟燭不同的是，小太陽加熱器不會產生明火，這樣避免了因燃燒引起的事故，可以更好地保證學生的安全。

將塑料袋套在支架上進行加熱（如圖1），這種方法使實驗過程更加方便，學生可以更加專注于實驗。

在塑料袋上涂感溫油墨，使熱氣球的溫度變化更加可視化。當溫度低于65 ℃時，感溫油墨呈現藍色；當溫度高于65 ℃時，感溫油墨呈現紫色。這種可視化方法使學生可以直觀地觀察到熱氣球在上升和下降過程中的溫度變化。這不僅提高了實驗的趣味性，也幫助學生更好地理解熱氣球升空的原理。

2.紋影實驗

我對傳統的紋影實驗裝置進行了改進，用同軸點光源代替光源和聚光鏡，用手機替代相機、準直透鏡、紋影透鏡、刀口等元件。改進后的紋影實驗裝置如圖2所示。紋影技術將不可見的空氣流動轉化為可見的圖案（如圖3），讓學生直觀地觀察到空氣流動的方向，從而更好地理解熱空氣上升、冷空氣下降。

3.風的成因模擬實驗

本實驗裝置（如圖4）箱體采用擋板透明、底板為黑色的亞克力材料制成，這樣可以擴大觀察面，同時使煙霧的流動現象更加明顯。風輪轉動后，煙霧的流動使空氣的流動現象和路徑可視化，學生能夠直觀地看到氣流的變化。采用溫度傳感器，使溫度的數據變化可視，幫助學生理解溫度對實驗的影響。

箱體左右兩側都有加熱器，可以制造出左冷右熱、左熱右冷、溫度平衡三種狀態，使得實驗更具層次性和探究性。學生還可以在不同的溫度條件下觀察煙霧的流動現象，了解溫度對氣流的影響。實驗盒每個部分均可拆裝，并配有不同大小的通風口、擋板等，滿足學生多樣化的探究需求。這樣的設計鼓勵學生自主探究，通過改變實驗條件來觀察實驗現象，從而加深他們對科學知識的理解。

（作者單位：陳慶，福建省福州市和平中心小學；林昉，福建省福州教育研究院）