創(chuàng)新實驗 提高教學效率

劉煒娜 楊志生

〔摘? ? 要〕? 針對粵教粵科版小學科學六年級下冊第一單元第4課《我的保溫飯盒》教材中探究熱傳遞規(guī)律以及比較不同材料導熱本領兩部分實驗裝置存在的不足，自主設計熱傳遞創(chuàng)新裝置和導熱測溫裝置，實現(xiàn)了操作簡單、現(xiàn)象明顯、定量分析的實驗效果。幫助學生更容易地掌握熱傳遞的規(guī)律，了解不同材料的導熱性存在差異，有效提高科學實驗教學效率。

〔關鍵詞〕? 小學科學；創(chuàng)新實驗；教學效率

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 15-0046-03

一、創(chuàng)新實驗的必要性

《義務教育科學課程標準》（2022年版）指出，實驗教學是科學課教學的主要形式，是進行科學研究的基礎。英國著名教育改革家赫胥黎認為，科學教育的最大特點，就是使心智直接與事物聯(lián)系，并且以最完善的歸納方法來訓練心智。實驗探究活動，不僅能發(fā)展學生的科學思維，還能培養(yǎng)他們的觀察能力與分析總結(jié)能力，讓他們的心智得到有效的訓練。對實驗教學的創(chuàng)新，不僅能幫助學生高效完成實驗，激發(fā)學生的學習興趣，還能促進學生積極思維，有效建構(gòu)科學概念。

以下是我教學粵教粵科版小學科學六年級下冊第一單元第4課《我的保溫飯盒》第一課時有關“熱傳遞”和“比較不同材料的導熱性差異”內(nèi)容時，對實驗的一些創(chuàng)新與改進。

二、創(chuàng)新實驗的內(nèi)容

（一）活動1：探究熱傳遞規(guī)律

1.教材實驗設計

往燒杯中加入適量熱水，蓋上泡沫塑料蓋。

在銅棒上每隔一定距離用黃油粘上一顆綠豆，再將銅棒插入燒杯中。

觀察實驗現(xiàn)象，并嘗試解釋。

2.實驗存在的不足

粘綠豆過程需耗費大量的時間，課堂實驗效率低。

操作過程中由于氣溫、手的溫度已造成融化現(xiàn)象，實驗設計不嚴謹。

黃油易融化難儲存，不適用于課堂實驗。

3.設計思路

實驗設計一個操作簡單、現(xiàn)象明顯又有趣的實驗裝置，學生能直觀看到熱傳遞的過程，掌握熱傳遞規(guī)律。

4.實驗裝置

紫銅條、300w電烙鐵、常開40℃溫控開關、發(fā)光二極管、10歐電阻、亞克力盒子（放置電烙鐵，以確保安全）。

5.實驗原理

在電烙鐵的烙鐵頭焊接一段10厘米長的紫銅條，300w電烙鐵升溫快且溫度高，而紫銅導熱性強。通電后電烙鐵溫度迅速升高，把熱傳遞給紫銅條。紫銅條上裝有4個溫控開關，各連接一個發(fā)光二極管。當紫銅條上的溫度超過40℃，常開溫控開關就會閉合電路，燈就會按照距離電烙鐵遠近的順序依次亮起來。運用電路與物質(zhì)導熱性結(jié)合的方式，熱傳遞的方向通過發(fā)光二極管燈亮的順序直觀展示在學生眼前，幫助學生建構(gòu)熱傳遞的規(guī)律是熱從溫度高的地方傳向溫度低的地方。

6.實驗步驟

觀察記錄通電前發(fā)光二極管燈亮情況。

然后接通電路，觀察發(fā)光二極管燈亮情況，并記錄實驗現(xiàn)象。

記錄實驗現(xiàn)象：燈是按照距離電烙鐵從近到遠逐漸亮起來的，說明熱從高溫的電烙鐵傳到低溫的紫銅條右端，再從右端傳遞到左端。

分析總結(jié)得出結(jié)論：熱從溫度高的地方傳向溫度低的地方。

（二）活動2：比較不同材料的導熱性

1.教材實驗設計

將不同材料放在瓶蓋上。

把黃油切成形狀、大小一致的小塊，分別放在木片、鐵片、塑料片、棉布上。

往水槽中加入熱水，將瓶蓋輕輕放入水槽中。

觀察各種材料上黃油的變化情況。

2.實驗存在的不足

實驗無法產(chǎn)生一個定量、連續(xù)、實時的數(shù)據(jù)信息，缺少定量數(shù)據(jù)分析。

定性觀察實驗的體驗感較差，缺乏讓學生進行思考的內(nèi)容，學生的科學思維得不到很好的發(fā)展。

黃油不容易切成形狀、大小一致的小塊，存在一定的實驗誤差。

3.改進思路

對實驗增加定量數(shù)據(jù)分析，利用溫度傳感器獲取不同材料上溫度的變化數(shù)據(jù)，結(jié)合信息技術(shù)手段形成實時折線圖，比較出不同材料的導熱性差異。

4.實驗裝置

銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒（4根小棒長度直徑一致）、亞克力水槽、溫度計、珍珠棉、溫度傳感器（精確測量4根小棒的溫度）、Arduino主板、轉(zhuǎn)接板、杜邦線、USB線、電腦。

5.實驗原理

將銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒同時放入熱水中，由于導熱性能差異，每根小棒實時溫度不同。接在四根小棒上的溫度傳感器可以獲取實時溫度，溫度傳感器的另一端通過轉(zhuǎn)接板與Arduino主板連接，而主板通過USB線與電腦連接，利用Arduino?IDE編程器進行串口通信，每隔1秒可以采集一次溫度數(shù)據(jù)，形成實時折線圖。

6.實驗步驟與現(xiàn)象

將溫度傳感器的探頭固定在銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒的同一高度上。

觀察記錄銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒的起始溫度。加入適量的熱水，同時放入四根小棒與溫度計，注意不要碰到水槽的底部與四周，四根小棒與溫度計要浸在熱水中。

溫度的變化通過溫度傳感器、Arduino主板、Arduino?IDE編程器在電腦上形成實時折線圖，學生可以觀察到銅、鐵、木、塑料四者導熱性差異，從而明白不同材料的導熱性是不一樣的。

三、創(chuàng)新實驗提高教學效率

（一）從學生的認知特點出發(fā)，明確實驗教學目標

六年級學生對于炒飯變涼等熱傳遞現(xiàn)象能提出自己的猜想。但是炒飯的熱又是怎樣傳遞出去的？學生對于熱傳遞的特點以及不同材料導熱性差異并不清楚。因此，要從學生的認知特點出發(fā)，明確具體的實驗學習目標。教師在教學的具體過程中，將課程教學目標進行細化，讓學生知道自己在整個實驗探究中應達到的學習目標。只有這樣，才能調(diào)動學生的積極性，并主動參與其中，實現(xiàn)知識與技能的提升。

本課應讓學生明確的科學知識目標是知道熱會從溫度高的地方傳遞到溫度低的地方；了解生活中的各種物品是由不同的材料制成的，知道它們導熱性能不同。科學思維目標是通過分析、比較等方法，解釋熱傳遞的現(xiàn)象，理解不同材料導熱性的差異。探究實踐目標是能設計方案探究不同材料的導熱性差異；能運用觀察、實驗等方式獲取信息，分析證據(jù)，從而得出實驗探究的結(jié)論。態(tài)度責任目標是在好奇心的驅(qū)使下，表現(xiàn)出對熱傳遞規(guī)律的探究興趣。

（二）以生活實際為依托，提高學生實驗積極性

從生活實際入手，讓學生對生活中的現(xiàn)象有全新的認識，進而學會用科學知識解釋這些問題，達到提升學生知識運用能力的目的。本課將學生熟悉的課后延時用餐情境作為導入，不僅能激發(fā)學生的探究欲望，還能培養(yǎng)學生觀察日常生活現(xiàn)象的習慣，保持和發(fā)展學生對周圍世界的好奇心與求知欲。同時，在整個實驗的過程中設置一些生活化的問題，如為什么鐵鍋是鐵制的，把手卻要用塑料制成呢？以及出示一些生活中不同的材料制成的物品讓學生思考：誰的導熱本領弱？讓學生懂得運用所學的科學知識來解釋生活中常見現(xiàn)象，提高探究實驗的積極性。

（三）利用創(chuàng)新裝置，提高實驗教學效率

創(chuàng)新裝置不僅解決了原實驗探究過程中的操作煩瑣等問題，有效提高實驗教學效率，而且對活躍學生思維、激發(fā)學生的創(chuàng)造欲望、培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力有著重要意義。本課創(chuàng)新裝置適合用于問題驅(qū)動式教學，引導學生在解決問題的過程中發(fā)展科學思維。

活動1：“探究熱傳遞的規(guī)律”時，先讓學生用手感受飯盒的熱被傳遞出去，教師提出問題“熱是如何傳遞出去的？”引發(fā)學生思考提出猜想后，教師再次提出問題“對于看不見摸不著的熱傳遞，如何能實現(xiàn)用明顯的現(xiàn)象來驗證熱傳遞的規(guī)律？”這時介紹創(chuàng)新實驗裝置的組成及原理，學生分組討論實驗的步驟，預測可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象。接著進行實驗，驗證猜想。最后師生共同總結(jié)出熱傳遞規(guī)律：熱從溫度高的地方傳向溫度低的地方。使用創(chuàng)新實驗裝置，不僅節(jié)約了實驗時間，而且現(xiàn)象明顯，使學生的觀察與分析更加直觀清晰，取得了很好的實驗效益，學生很容易總結(jié)出熱傳遞的規(guī)律。

活動2：“探究不同材料的導熱性”，針對4種生活中不同的材料制成的物品，教師提出問題：誰的導熱本領弱呢？學生結(jié)合生活經(jīng)驗能提出自己的猜想，然后根據(jù)教師提供的實驗器材分組設計實驗。針對學生設計的方案，教師引導他們進行改進，介紹溫度傳感器、Arduino主板、Arduino?IDE編程器等新技術(shù)工具，學生熱情高漲，探究欲望強烈。最后通過實驗分析數(shù)據(jù)得出“銅、鐵導熱性強，塑料跟木材導熱性弱”的結(jié)論。創(chuàng)新實驗裝置實現(xiàn)定量數(shù)據(jù)分析，同時結(jié)合信息技術(shù)的運用，整個實驗的過程發(fā)展了學生的科學思維，培養(yǎng)學生像科學家那樣思考問題的能力。

四、實驗教學創(chuàng)新效果

（一）提高實驗教學效率

活動1實驗避免了在銅棒上用黃油粘綠豆的煩瑣操作，學生只需要給熱傳遞創(chuàng)新裝置通上電，就可以觀察到熱傳遞的現(xiàn)象?；顒?實驗加入熱水就能得到不同材料的實時溫度變化折線圖，不僅節(jié)約實驗操作時間，而且現(xiàn)象直觀，有效提高實驗教學效率。

（二）增強過程的可視性

熱傳遞創(chuàng)新裝置通過發(fā)光二極管一個接著一個亮起來，對學生的視覺形成沖擊，使抽象的熱傳遞過程變得可視化，從而讓學生產(chǎn)生了熱傳遞方向的感性認識，趣味性強，激發(fā)學生學習興趣，在好奇心的驅(qū)使下進行實驗探究能達到事半功倍的效果。導熱測溫裝置則通過溫度傳感器將不同材料上實時溫度展現(xiàn)出來，提高實驗現(xiàn)象的可視性。

（三）實現(xiàn)跨學科融合

本次實驗創(chuàng)新也充分體現(xiàn)了新課標中對STEM教學理念跨學科融合的要求，利用傳感器、Arduino主板、編程等信息技術(shù)手段輔助實驗探究，讓學生觀察更加有效，獲取的證據(jù)更直觀，實現(xiàn)了跨學科融合。

（四）促進學生思維能力的發(fā)展

熱傳遞實驗創(chuàng)新裝置里的溫控開關、發(fā)光二極管電路連接的部分涉及粵教粵科版四年級上冊第4單元“簡單電路”，讓學生懂得可以綜合所學的知識來探究下一個科學問題，實現(xiàn)知識的遷移，促進學生思維能力的發(fā)展。

（五）培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新意識

使用實驗創(chuàng)新裝置進行課堂演示，學生的好奇心與探究欲望被很好地調(diào)動起來。特別是知道該裝置是老師自己設計制作的，學生產(chǎn)生了對科學研究和實驗創(chuàng)新極大的興趣，這對于學生今后的科學探索與創(chuàng)新性思維能力的發(fā)展有著深遠的影響。

本課通過創(chuàng)新實驗裝置，精心設計教學過程，強化了實驗教學的重要性，有效提升了實驗教學效率。在教師的引導下，學生通過“提問—猜想—探究—驗證”的探究過程，最后通過分析、比較，概括出熱傳遞的規(guī)律以及不同材料的導熱性差異，整個探究實踐活動培養(yǎng)了學生的科學思維，提高了學生解決問題的能力，有效落實了科學核心素養(yǎng)。

【本文系福建省2022年度教育科學“十四五”規(guī)劃立項課題“基于逆向設計的農(nóng)村小學科學教學實踐探究”的階段研究成果之一，課題立項批準號FJJKZX22-628】

【本文系漳州市長泰區(qū)科學工作室專項課題“基于科學核心素養(yǎng)的課堂學習評價研究?”的階段研究成果之一，課題立項編號：Ctmskt22027】

參考文獻

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[3]劉捷飛.生本理念下小學科學項目式教學應用策略探究[J].科學咨詢（教育科研），2020（2）：230．