以《物體的傳熱本領(lǐng)》實驗為例鼓勵學(xué)生由失敗走向創(chuàng)新

〔摘 要〕 課程教材建設(shè)、師資隊伍建設(shè)、教學(xué)儀器裝備，構(gòu)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(xué)儀器裝備在教學(xué)中的重要地位?？茖W(xué)合理的探究實驗載體更有助于學(xué)生解決科學(xué)問題，獲得科學(xué)知識，形成良好的科學(xué)態(tài)度、提高科學(xué)探究的能力。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；實驗；探究

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

課程教材建設(shè)、師資隊伍建設(shè)、教學(xué)儀器裝備構(gòu)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(xué)儀器裝備在教學(xué)中的重要地位。在小學(xué)科學(xué)探究中，所需的儀器裝備包括作為實驗探究載體的設(shè)備材料，實驗所用的材料對小學(xué)科學(xué)探究的結(jié)果起著至關(guān)重要的作用，它是小學(xué)科學(xué)探究從當(dāng)前側(cè)重定性探究轉(zhuǎn)向定性定量并重的重要基石?？茖W(xué)合理的實驗載體更有助于學(xué)生解決科學(xué)問題，獲得科學(xué)知識，形成良好的科學(xué)態(tài)度，提高科學(xué)探究的能力。但在實際教學(xué)過程中，由于受到實驗載體影響而導(dǎo)致探究結(jié)果不盡如人意，造成探究失敗的課例時有發(fā)生。如何在日常教學(xué)中合理、有效更迭實驗載體，鼓勵學(xué)生由失敗走向創(chuàng)新，感受探究的真諦，筆者對此進(jìn)行了一些探索。

一、緣起

在教學(xué)蘇教版五年級上冊“熱傳遞”單元中《物體的傳熱本領(lǐng)》一課時，確定了熱的良導(dǎo)體和不良導(dǎo)體后，在給三種金屬的傳熱性能排序時出問題了，結(jié)果不理想。學(xué)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(fā)現(xiàn)可能是水蒸氣對粘在金屬棒前端的凡士林產(chǎn)生了影響，或者就是小棒擺放角度不一樣，從而導(dǎo)致結(jié)果與預(yù)設(shè)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(xué)生一動手，和我課前預(yù)做的實驗結(jié)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(xué)生分成三個大組，讓他們自己設(shè)計實驗證明，用實驗驗證的方法“打倒”對手。

二、尋因

兩天后，學(xué)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(xué)生這樣設(shè)計，是因為他們認(rèn)為酒精燈產(chǎn)生的熱量比熱水溫度高，現(xiàn)象會更明顯?？蓪嶒灲Y(jié)果大失所望，現(xiàn)象仍不明顯，不能讓全體學(xué)生接受實驗結(jié)果。

在這一次的實驗驗證中我發(fā)現(xiàn)了學(xué)生的無限可能，也許會給我一個大大的驚喜。

學(xué)生再次回到實驗設(shè)計，書上提到的材料是黃油，我們用的是凡士林，學(xué)生認(rèn)為這有問題。同樣的實驗方法，在淡淡黃油的香味中，結(jié)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(xiàn)在怎么辦？”。學(xué)生再次發(fā)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(jìn)程，學(xué)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(jié)果。

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

經(jīng)過反復(fù)討論，學(xué)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?！?/p>

學(xué)生的實驗方法這次不再是口述的，而是詳細(xì)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(xué)生召集來進(jìn)行了商討。因為一個酒精燈無法給12組材料進(jìn)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(tǒng)計結(jié)果顯示，銅棒領(lǐng)先的次數(shù)與鋁棒領(lǐng)先的次數(shù)為38：34，這個結(jié)果相差不大。有學(xué)生認(rèn)為可以下結(jié)論了，銅的傳熱性比鋁好；但仍有半數(shù)學(xué)生認(rèn)為這個數(shù)值差距太小，不能說明問題。他們?nèi)匀晃茨芊殖觥案叩蛣儇?fù)”。

“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(jié)論沒有問題：銅的導(dǎo)熱性能確實比鋁強，實驗數(shù)據(jù)也反映了這一點，雖然現(xiàn)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(xué)生眼中分明有著“不一樣”的光，如果就這樣確定結(jié)果，那么他們的實驗結(jié)論又說明了什么呢？

三、求真

在新的科學(xué)課上，學(xué)生又提出疑問，他們認(rèn)為實驗是有問題的，通過課后查閱資料，學(xué)生發(fā)現(xiàn)銅的導(dǎo)熱系數(shù)是398瓦每米每攝氏度，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)是236瓦每米每攝氏度，銅和鋁的導(dǎo)熱系數(shù)相差較大，但在實驗中的現(xiàn)象卻不明顯。學(xué)生經(jīng)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(xué)生有這樣的想法很正常，而且他們這種不達(dá)目的不罷休、追根究底的精神正是科學(xué)探究所需要的，科學(xué)需要的正是大膽想象，細(xì)心求證。

經(jīng)過認(rèn)真討論，學(xué)生覺得電線中的銅絲應(yīng)該是“真正的銅”。下課后，我到總務(wù)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(xué)生利用下課時間去觀察比較。

在又一次的科學(xué)課上，學(xué)生向我匯報了觀察結(jié)果。他們認(rèn)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(xué)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(xué)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(shè)計中學(xué)生考慮問題更全面了：除了長度和粗細(xì)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(dǎo)；不要求12組，而要求一組材料做多次。他們認(rèn)為這樣的設(shè)計可以保證實驗的準(zhǔn)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(lǐng)先鋁棒掉下。終于確定了：銅的傳熱性能比鋁強，排名確定，學(xué)生發(fā)出了興奮的喊叫聲。為了進(jìn)一步確定實驗的準(zhǔn)確性，我們重復(fù)了四次，四次結(jié)果完全一樣，紫銅棒的傳熱效果明顯優(yōu)于鋁棒。

四、創(chuàng)新

在學(xué)生都認(rèn)為這次探究之旅完美結(jié)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(guān)？”“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(xué)生一下沉默了。“那想不想繼續(xù)？想的話就帶著老師的問題去想辦法，我們繼續(xù)探究。下節(jié)課老師希望看到大家的探究方案?！?/p>

學(xué)生在探究熱情的激勵下，不辜負(fù)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(xì)有關(guān)，他們認(rèn)為材料越粗，傳熱性能越好；二是他們認(rèn)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(xì)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(qū)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(xué)生都會發(fā)出興奮的叫喊聲。四次反復(fù)實驗后，他們得出了結(jié)論：同樣的材料，粗的傳熱性能優(yōu)于細(xì)的。

另一個實驗，正好利用了科學(xué)課和延時服務(wù)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(jié)課加上延時服務(wù)共長達(dá)兩個多小時的時間里，20cm后的火柴棍就再無變化。后繼學(xué)生受到家長的啟發(fā)，選用了31度感溫油墨，發(fā)現(xiàn)約32cm后涂料就沒變化了。學(xué)生得出了結(jié)論：熱傳遞不可能一直下去，一定距離后，傳熱可能會停止。學(xué)生認(rèn)為這可能是空氣的原因，如果在真空狀態(tài)下，可能會一直傳遞下去。但很遺憾，受制于條件，學(xué)生的這個猜測進(jìn)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(jié)束。

五、感悟

（一）包容失敗，敢于嘗試新載體

科學(xué)探究不可能百分之百成功，尤其是小學(xué)科學(xué)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(shù)據(jù)采集的方式方法及存在的誤差等，每一個都有可能使預(yù)設(shè)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(chuàng)造探究新氛圍

當(dāng)學(xué)生在探究中出現(xiàn)失敗時，教師要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生失敗中的成功點，將學(xué)生對失敗結(jié)果的關(guān)注轉(zhuǎn)移到對失敗原因的關(guān)注上來，鼓勵學(xué)生坦然面對探究失敗，敢于挑戰(zhàn)探究預(yù)設(shè)。正如美國著名企業(yè)家兼發(fā)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(jié)于探究的結(jié)果，而是要為學(xué)生創(chuàng)造尋找新載體的氛圍，這也有助于教師建立起自由、創(chuàng)新的探究氛圍。

（三）主動引導(dǎo)，利用載體生新意

學(xué)生從失敗的探究中產(chǎn)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(xué)生對失敗探究進(jìn)行反思和總結(jié)，分析失敗的原因并找到解決方案。此外，教師還可以鼓勵學(xué)生進(jìn)行探究流程再造和改進(jìn)，進(jìn)一步探索和創(chuàng)新，不斷引導(dǎo)學(xué)生用新的思維和創(chuàng)意進(jìn)行新的探究。

“失敗引起學(xué)習(xí)，失敗產(chǎn)生創(chuàng)新”教師應(yīng)該高度重視此類案例，引導(dǎo)學(xué)生利用或改變實驗載體的選擇，改進(jìn)探究進(jìn)程和探究方式，創(chuàng)造性地進(jìn)行探究。所有創(chuàng)新都是在失敗的基礎(chǔ)上誕生的。在教學(xué)中，我們需正視探究的失敗，科學(xué)合理地利用實驗載體，并積極將失敗轉(zhuǎn)化為新意，進(jìn)而產(chǎn)生新的創(chuàng)新，讓學(xué)生真正體驗到探究的魅力和創(chuàng)新的喜悅。

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

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