“火山噴發(fā)的成因”模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與改進(jìn)

浙江省紹興市上虞區(qū)道墟街道中心小學(xué)(312368) 章俐鑫

1 教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)來(lái)自2019教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)第2單元第4課“火山噴發(fā)的成因及作用”中的“火山噴發(fā)的成因”模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生用番茄醬模擬巖漿，用土豆泥小山模擬地殼巖層，利用酒精燈加熱番茄醬，觀察“火山”噴發(fā)的現(xiàn)象。

2 實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

本實(shí)驗(yàn)是“火山噴發(fā)的成因及作用”這節(jié)課的核心探究活動(dòng)，也是本節(jié)課的重難點(diǎn)所在。那么，怎樣來(lái)操作這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?，課本上給出的方法是這樣的：①在罐頭盒內(nèi)放入一些土豆泥，堆成小山的形狀，并在山的頂部向下挖一個(gè)小洞；②向小洞內(nèi)倒入一定量的番茄醬(適當(dāng)稀釋)，然后用一層薄薄的土豆泥封住洞口；③將罐頭盒放在鐵架臺(tái)上，用酒精燈加熱，觀察“火山”噴發(fā)現(xiàn)象。

筆者認(rèn)為課本中所示的實(shí)驗(yàn)操作存在如下不足之處：

(1)操作比較困難。學(xué)生需要把土豆泥做成小山后進(jìn)行挖孔，往往導(dǎo)致挖孔時(shí)土豆泥小山破裂。做好小山后再倒入稀釋的番茄醬時(shí)，不容易對(duì)準(zhǔn)小孔，導(dǎo)致番茄醬留在外面。加熱時(shí)，由于操作上的難度，導(dǎo)致土豆泥底部容易燒焦，而番茄醬反而受熱不夠，從而導(dǎo)致火山遲遲不能?chē)姲l(fā)。

(2)現(xiàn)象不夠明顯。由于操作上的困難和設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，導(dǎo)致火山不能順利噴發(fā)，甚至加熱了20 min以上還未見(jiàn)實(shí)驗(yàn)效果。有時(shí)候還有可能因?yàn)榧訜釙r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致番茄醬和土豆泥中的水分蒸發(fā)過(guò)多，出現(xiàn)燒焦的現(xiàn)象。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)器材

鐵架臺(tái)、酒精燈、火柴、金屬罐、與金屬罐匹配的茶漏裝置、番茄醬、土豆泥粉、水、木棒、塑料盒等。

3.2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

(1)把土豆泥粉和適量的水倒入塑料盒中攪拌，取出后制作成土豆泥小山，并在山的頂部向下用木棒挖1個(gè)小孔。

(2)在金屬罐中放入適量番茄醬和水(兩者的比例為1∶1)，充分?jǐn)嚢韬蟮囊后w約距罐底5 mm高。

(3)把土豆泥小山放入與金屬罐匹配的中間有小孔的茶漏中。再將裝有土豆泥的茶漏放置于步驟(2)的盛有番茄醬的金屬罐中。

(4)把金屬罐放在鐵架臺(tái)上，用酒精燈在其底部進(jìn)行加熱，觀察“火山”噴發(fā)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)效果如圖2所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 實(shí)驗(yàn)效果

3.3 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)

(1)分體結(jié)構(gòu)，操作便利。如圖3所示，在與金屬罐匹配的不銹鋼茶漏裝置中間打1個(gè)小孔。這樣更容易把土豆泥小山放入這個(gè)裝置中，不會(huì)出現(xiàn)翻倒、歪掉等現(xiàn)象，還可以方便修補(bǔ)和填充。

圖3 金屬罐和不銹鋼茶漏的實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)圖

(2)預(yù)留空間，更易受熱。實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因就是土豆泥小山把番茄醬的空間擠壓了，導(dǎo)致番茄醬的空間不足。因此，不銹鋼的茶漏裝置高度比金屬罐要低5 mm左右(如圖4所示)。目的就是為了讓茶漏裝置放入時(shí)，底下有番茄醬的放置空間，不會(huì)讓土豆泥小山直接到達(dá)罐底。這樣不僅給了番茄醬受熱的空間，更符合現(xiàn)實(shí)中巖漿層在地殼下面有很大的存在空間的實(shí)際情況。

圖4 不銹鋼罐和不銹鋼茶漏組合的結(jié)構(gòu)圖

(3)節(jié)省時(shí)間，效果更佳。這樣的設(shè)計(jì)，不僅給了番茄醬液體熱脹冷縮的空間，而且使土豆泥小山更好地模擬了地殼巖層，從而可以在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生看到番茄醬噴發(fā)的現(xiàn)象。

4 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)效果

學(xué)生通過(guò)改進(jìn)后的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以達(dá)到以下效果。

4.1 降低實(shí)驗(yàn)難度，激發(fā)學(xué)生的求知欲

五年級(jí)學(xué)生經(jīng)過(guò)四年多的科學(xué)學(xué)習(xí)，持續(xù)保持著高昂的探究熱情，尤其是對(duì)地球科學(xué)知識(shí)方面的探究不僅有平時(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)，更希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)行科學(xué)的探究。通過(guò)對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，使學(xué)生能夠更好地理解火山噴發(fā)是由于地球內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)引起的，在操作上更好地降低了實(shí)驗(yàn)難度，更容易讓學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)成功的體驗(yàn)，從而激發(fā)了他們的探究欲望，使他們對(duì)以后的實(shí)驗(yàn)操作充滿(mǎn)期待，有利于學(xué)生今后科學(xué)課的學(xué)習(xí)。

4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，提高實(shí)驗(yàn)的有效性

實(shí)驗(yàn)通過(guò)加入了相匹配的不銹鋼茶漏這樣的設(shè)計(jì)，讓“火山噴發(fā)”的模擬實(shí)驗(yàn)效果更好，加熱的時(shí)間更短，讓每個(gè)學(xué)生都能更好地觀察到“火山噴發(fā)”的現(xiàn)象，從而提高了實(shí)驗(yàn)的有效性。