以《物體的傳熱本領》實驗為例鼓勵學生由失敗走向創新

〔摘 要〕 課程教材建設、師資隊伍建設、教學儀器裝備，構成了教育的三大基石，三者缺一不可，由此可見作為探究實驗載體之一的教學儀器裝備在教學中的重要地位。科學合理的探究實驗載體更有助于學生解決科學問題，獲得科學知識，形成良好的科學態度、提高科學探究的能力。

〔關鍵詞〕 小學科學；實驗；探究

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 21 049-051

課程教材建設、師資隊伍建設、教學儀器裝備構成了教育的三大基石，三者缺一不可，由此可見作為探究載體之一的教學儀器裝備在教學中的重要地位。在小學科學探究中，所需的儀器裝備包括作為實驗探究載體的設備材料，實驗所用的材料對小學科學探究的結果起著至關重要的作用，它是小學科學探究從當前側重定性探究轉向定性定量并重的重要基石。科學合理的實驗載體更有助于學生解決科學問題，獲得科學知識，形成良好的科學態度，提高科學探究的能力。但在實際教學過程中，由于受到實驗載體影響而導致探究結果不盡如人意，造成探究失敗的課例時有發生。如何在日常教學中合理、有效更迭實驗載體，鼓勵學生由失敗走向創新，感受探究的真諦，筆者對此進行了一些探索。

一、緣起

在教學蘇教版五年級上冊“熱傳遞”單元中《物體的傳熱本領》一課時，確定了熱的良導體和不良導體后，在給三種金屬的傳熱性能排序時出問題了，結果不理想。學生中有觀察到銅傳熱快的，有觀察到鋁傳熱快的，還有觀察到鐵傳熱快的……找了一下原因，發現可能是水蒸氣對粘在金屬棒前端的凡士林產生了影響，或者就是小棒擺放角度不一樣，從而導致結果與預設不一樣。于是我就把實驗方法改動了一下，把銅鐵鋁金屬小棒橫過來間隔并排，一端折彎在水中，直接用熱水加熱。我自己在辦公室里做了一遍，效果比較明顯，銅棒上的小球先掉，鋁棒隨后掉落，兩者間隔時間極短，但還是比較明顯的。然而學生一動手，和我課前預做的實驗結果卻大相徑庭：四個組顯示銅傳熱快，四個組顯示鋁傳熱快，四個組顯示一樣快。這怎么辦？直接告訴他們，銅的傳熱性最好，鋁為其次，鐵相比較差點？不行啊，那樣還做實驗干嗎，還探究什么？我決定把學生分成三個大組，讓他們自己設計實驗證明，用實驗驗證的方法“打倒”對手。

二、尋因

兩天后，學生報來了方案。方案挺簡單的：分別把銅、鋁、鐵三根各長10cm的金屬棒的頂端用凡士林粘上小球，用酒精燈加熱，看哪根小棒上的小球先掉下來，就說明哪種金屬傳熱快。

學生這樣設計，是因為他們認為酒精燈產生的熱量比熱水溫度高，現象會更明顯。可實驗結果大失所望，現象仍不明顯，不能讓全體學生接受實驗結果。

在這一次的實驗驗證中我發現了學生的無限可能，也許會給我一個大大的驚喜。

學生再次回到實驗設計，書上提到的材料是黃油，我們用的是凡士林，學生認為這有問題。同樣的實驗方法，在淡淡黃油的香味中，結果“殊途同歸”：第一次實驗6∶6，等金屬棒冷卻后，第二次實驗7∶5，再冷卻后，第三次實驗變成8∶4了，可是8個組鋁棒上的珠子是先掉的。鋁傳熱性能比銅好嗎？

隨著我提出“現在怎么辦？”。學生再次發揮了聰明才智，他們決定把金屬棒的長度延長到60cm。隨著驗證的進程，學生的實驗條件也越來越多了，這就是成長吧。

這次只用5mm粗的鋁棒和銅棒，鐵棒我們不再研究，因為這三種金屬中它的傳熱性最慢，兩次驗證都明確顯示了該結果。

實驗再次展開。固定在鐵架臺上60cm棒子頂端的珠子在學生加熱了近一節課的時間后，仍巋然不動，沒有一個組完成實驗。學生都垂頭喪氣。

經過反復討論，學生想到了每隔一段距離放置一個珠子。

“老師這兒沒那么多塑料珠，我們用火柴來替代珠子。你們回去后再想想，完善一下實驗步驟。”

學生的實驗方法這次不再是口述的，而是詳細地列出了實驗步驟，最大的變化是要求用同一個酒精燈加熱12組材料。對于這個提議，我將學生召集來進行了商討。因為一個酒精燈無法給12組材料進行加熱，我建議分成四個酒精燈加熱，每個酒精燈加熱三組材料。

在加熱初始，兩根金屬棒上的火柴棍掉落基本不分先后，直到第5根后，速度放緩，但仍不明顯。統計結果顯示，銅棒領先的次數與鋁棒領先的次數為38：34，這個結果相差不大。有學生認為可以下結論了，銅的傳熱性比鋁好；但仍有半數學生認為這個數值差距太小，不能說明問題。他們仍然未能分出“高低勝負”。

“老師覺得差不多可以下定論了，除非你們還有別的方法驗證。”這樣下結論沒有問題：銅的導熱性能確實比鋁強，實驗數據也反映了這一點，雖然現象仍然沒有想象中的明顯。但我說出這句話后忽然有點后悔了，班上那些看到鋁棒上先掉落的學生眼中分明有著“不一樣”的光，如果就這樣確定結果，那么他們的實驗結論又說明了什么呢？

三、求真

在新的科學課上，學生又提出疑問，他們認為實驗是有問題的，通過課后查閱資料，學生發現銅的導熱系數是398瓦每米每攝氏度，鋁的導熱系數是236瓦每米每攝氏度，銅和鋁的導熱系數相差較大，但在實驗中的現象卻不明顯。學生經過思考，提出了一個新猜測：實驗中用的材料可能不是銅或者不是鋁。學生有這樣的想法很正常，而且他們這種不達目的不罷休、追根究底的精神正是科學探究所需要的，科學需要的正是大膽想象，細心求證。

經過認真討論，學生覺得電線中的銅絲應該是“真正的銅”。下課后，我到總務處找了一根4平方的銅線，剝開線皮，把實驗用的金屬棒一起放到了教室里，讓學生利用下課時間去觀察比較。

在又一次的科學課上，學生向我匯報了觀察結果。他們認為，實驗材料的金屬棒不是銅，和電線中的銅芯比較，首先顏色不一樣，一個是黃色，一個是紫銅色；其次是光澤不同，電線中的銅芯外表光亮異常，而實驗用的金屬棒色澤偏暗。還有學生回去后查找資料，知道這兩種一種是黃銅，一種是紫銅。

在學生的堅持下，直徑5mm的紫銅棒，直徑5mm的鋁棒，50cm長，粘上12根火柴的實驗裝置再次架在了鐵架臺上。新實驗設計中學生考慮問題更全面了：除了長度和粗細一致外，還要求架在鐵架上的部位不能和鐵架臺金屬部分接觸，防止熱量被傳導；不要求12組，而要求一組材料做多次。他們認為這樣的設計可以保證實驗的準確性，將實驗中的意外降到最低。酒精燈點燃了，在大家希冀的目光下，紫銅棒上的火柴棍先掉了，再后面的4根每次都領先鋁棒掉下。終于確定了：銅的傳熱性能比鋁強，排名確定，學生發出了興奮的喊叫聲。為了進一步確定實驗的準確性，我們重復了四次，四次結果完全一樣，紫銅棒的傳熱效果明顯優于鋁棒。

四、創新

在學生都認為這次探究之旅完美結束時，我不失時機地提出了問題：“你們覺得物體傳熱性能與什么因素有關？”“同一種材料傳熱性能一樣嗎？熱可以一直傳遞下去嗎？”面對突如其來的問題，學生一下沉默了。“那想不想繼續？想的話就帶著老師的問題去想辦法，我們繼續探究。下節課老師希望看到大家的探究方案。”

學生在探究熱情的激勵下，不辜負我的期望，拿出了新的探究方案：一是同一種材料的傳熱性能可能和材料粗細有關，他們認為材料越粗，傳熱性能越好；二是他們認為熱不可能一直傳遞下去，因為熱量在傳遞過程中會傳出去。

實驗再次開始，60cm長，從直徑0.8mm開始直到2.5mm，共10根粗細不同的紫銅棒架了起來。這次在兩個鐵架臺之間架上了木棍，紫銅棒的另一端折在了一起，酒精燈點燃了。隨著時間的推移，一開始火柴棍掉落的時間幾乎沒有區別，但從第3根、15cm向后，就有了先后順序，每一次的火柴棍掉落，學生都會發出興奮的叫喊聲。四次反復實驗后，他們得出了結論：同樣的材料，粗的傳熱性能優于細的。

另一個實驗，正好利用了科學課和延時服務的時間，我們分別用了直徑2.5mm長1m的銅棒、鋁棒和鐵棒各一根，在一節課加上延時服務共長達兩個多小時的時間里，20cm后的火柴棍就再無變化。后繼學生受到家長的啟發，選用了31度感溫油墨，發現約32cm后涂料就沒變化了。學生得出了結論：熱傳遞不可能一直下去，一定距離后，傳熱可能會停止。學生認為這可能是空氣的原因，如果在真空狀態下，可能會一直傳遞下去。但很遺憾，受制于條件，學生的這個猜測進行不了驗證。至此，這項由一個小小的失敗實驗引起的探究活動全部結束。

五、感悟

（一）包容失敗，敢于嘗試新載體

科學探究不可能百分之百成功，尤其是小學科學探究活動，影響成功的因素有很多。實驗載體的差異、實驗方法的選擇、實驗步驟的安排、數據采集的方式方法及存在的誤差等，每一個都有可能使預設的實驗失敗。失敗了不可怕，每一次的失敗其實都是一次不可多得的探究素材，是新實驗載體的生成機會，找到失敗的原因，并將其作為一個新的探究的起點。

（二）善用失敗，創造探究新氛圍

當學生在探究中出現失敗時，教師要善于發現學生失敗中的成功點，將學生對失敗結果的關注轉移到對失敗原因的關注上來，鼓勵學生坦然面對探究失敗，敢于挑戰探究預設。正如美國著名企業家兼發明家托馬斯·愛迪生所言：“我沒有失敗，我只是找到了一千種行不通的方法。”不要過多地糾結于探究的結果，而是要為學生創造尋找新載體的氛圍，這也有助于教師建立起自由、創新的探究氛圍。

（三）主動引導，利用載體生新意

學生從失敗的探究中產生的新的探究是脆弱的、不完善的，成為另一個失敗探究的概率較大。教師要主動參與到新探究的生成中去，可以通過鼓勵學生對失敗探究進行反思和總結，分析失敗的原因并找到解決方案。此外，教師還可以鼓勵學生進行探究流程再造和改進，進一步探索和創新，不斷引導學生用新的思維和創意進行新的探究。

“失敗引起學習，失敗產生創新”教師應該高度重視此類案例，引導學生利用或改變實驗載體的選擇，改進探究進程和探究方式，創造性地進行探究。所有創新都是在失敗的基礎上誕生的。在教學中，我們需正視探究的失敗，科學合理地利用實驗載體，并積極將失敗轉化為新意，進而產生新的創新，讓學生真正體驗到探究的魅力和創新的喜悅。

【本文系江蘇省教育科學規劃一般課題“小儀器，大探究，小學科學探究實驗載體的研究”研究成果，課題編號（D/2021/02/422）】

參考文獻

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