“火山喷发”实验的研究与创新

湖北省宜城市南街小学(441400) 李彩云

1 实验背景

在众多的自然灾害中，火山喷发绝对是不容小觑的，它是由地壳运动引发的一种可怕的地质现象。据科学家最新的研究表明，火山喷发产生的气体可能是过去5.45亿年间大量物种 (包括恐龙)灭绝的原因，就像书中提到的庞贝古城的毁灭一样。火山爆发时喷出的大量火山灰和火山气体，不仅会伴随着暴雨形成泥石流毁灭整个城市，还会形成泥浆雨污染环境，对气候造成极大的影响。火山喷发是由于地球内部能量的释放，而我们所处的地区并不是火山多发地带，因此只有通过模拟实验演示火山喷发的过程及其引起的变化，让学生观看加深印象，并产生探究的兴趣，从而理解其中的奥秘。

鄂教版小学科学6年级上册第15课 “火山喷发”是 “地面形态变化”单元的第6个研究话题。该实验就是要引导学生在了解卵石、溶洞、河床升高的形成过程及探究地震、沙尘暴成因的基础上，通过模拟实验弄清火山的成因，体会地壳内部是在不停地运动变化且蕴藏着巨大的能量，从而认识到防范地质灾害的重要意义。

2 实验原型与不足

教材通过2个实验来模拟火山喷发的过程：实验一为高压喷发，目的是为了说明岩浆是在压力的作用下从薄弱处喷发出来；实验二为高温溢出，通过粥煮开的情景，引导学生想象岩浆沸腾向上溢出的场景。

对照 《小学科学课程标准》提出的要求，笔者认为这2个实验存在以下不足。

2.1 实验的简单呈现，无法揭示自然现象的真正成因

火山喷发并不仅仅是发生在地表的现象而已，而是由于地壳深处存在着一个 “液态区”，区内的岩浆受到高温、高压的作用，冲出地表，形成喷发的自然现象。显然，教材中的2个实验只是模拟了火山喷发的表面现象，却不能帮助学生直观地观察岩浆从火山通道上升喷发及岩浆从地层裂缝中溢出的过程。

2.2 实验的分解操作，割裂了学生的思维发展

在小学科学实验课教学中，教师要采取有效的措施来培养学生的科学思维，帮助学生更好地理解科学知识，明白探索的意义所在。教材中实验一和实验二分别从不同的角度来模拟火山喷发的现象，而事实中这两种现象是同时呈现的。实验将这两种现象生硬地割裂开来，不利于学生的思维发展。

2.3 器材存在安全隐患，不利于学生的身体健康

实验二通过把粥煮开来呈现实验过程，我们知道粥煮开时，不仅会冒出热腾腾的气，还会涌出大量的气泡，甚至出现 “暴沸”现象。如果在教室里做这个实验，学生众多，空间狭小，存在烫伤学生的安全隐患。

2.4 实验耗时过长，不利于课堂的及时呈现

一般来说，把一锅粥煮开，至少需要十多分钟，而一节课只有40min，所以用熬粥来模拟火山喷发现象耗时过长，不利于课堂教学的安排。

3 实验改进与创新

模拟实验要求科学、形象、直观，根据本实验的探究要点以及学生的年龄特点，笔者对教材实验进行了以下改进与创新。

3.1 实验教具名称

火山喷发模拟演示器。

3.2 制作材料

一个长7cm高5cm的长方形玻璃水槽、塑料输液瓶、一个小型手动打气筒、塑料胶管、红墨水、生石灰块、食用醋、一小团橡皮泥(或面团)、薄泡沫板等。

3.3 改进过程

3.3.1 实验器材的改进

(1)在距离水槽底部1cm处钻2个小洞，一处安置一个 “热得快”(给水快速加热的芯)，另一处插入胶管。距水槽顶部2cm处加一个玻璃盖，盖子正中钻一个塑料瓶直径大小的圆形。

(2)用顶部盖子开有圆孔的玻璃水槽模拟“地壳”；用薄泡沫板模拟地壳内部的 “岩石顶盖”；推动打气筒模拟地壳内部的高压；用红墨水、生石灰、食用醋混合的溶液模拟 “岩浆”；用“热得快”通电后提供热源，模拟地壳内部的高温。

(3)将空塑料输液瓶用剪刀剪去瓶口，用玻璃胶粘在顶部的洞口处，模拟 “火山通道”。

(4)将手动打气筒嘴与玻璃水槽底部的胶管连接在一起固定牢。

3.3.2 实验方法的改进

实验一：观察岩浆在地壳内部的活动

实验操作如下：

(1)将红墨水、生石灰、食用醋混合的溶液倒入空水槽内约2/3处，然后放上一层薄泡沫板，再盖上玻璃盖子，最后用适量的橡皮泥或面团封住水槽盖子上塑料输液瓶口。

(2)将 “热得快”连接电源，进行加热。

(3)待水槽内的水开始沸腾时，用手轻轻推动手动打气筒，给水槽内的水加压。

实验现象：水槽内的溶液在高温、高压的作用下，开始沸腾，逐渐加剧，并出现水泡，在水槽内涌动。“岩石顶盖”在水压的作用下，断裂开来，并向左右两边移动。

实验二：观察火山喷涌的过程

实验操作如下：

(1)用 “热得快”继续给水槽内溶液加热。

(2)快速推动手动打气筒，给水槽内溶液加压。

实验现象：约2min后，可见水槽内的液体急剧沸腾，水位上升，最后把堵塞顶部的橡皮泥冲掉，红色的滚烫液体从瓶口处喷涌而出，堆积在玻璃盖上小孔周围，同时伴随着大量的烟雾。

4 创新实验与原型实验的对比

4.1 加热时间短，效果明显

“热得快”在很短的时间内就能把水烧沸，烧沸的水对水槽内的液体产生压力，使液体急剧上升，冲破 “岩石顶盖”，直至从 “火山通道”喷涌出来。

4.2 实验材料均为生活中简单、易得的用品

玻璃水槽为实验室常备实验器材，而空塑料输液瓶、塑料胶管、红墨水、生石灰、食用醋、橡皮泥面团这些器材是生活简单、易得的一些常用品，手动打气筒、“热得快”在市场上也很容易购买到。

4.3 实验立足于火山喷发的本质，符合这一自然现象的原理

引发火山喷发现象的主要因素有2个：高温和高压。本实验中，将 “热得快”接通电源后，使玻璃水槽内的水迅速升温，提供了实验成功的必备条件之一——高温。而烧沸的液体自身有了压力，手动打气筒从外部对玻璃水槽内的液体也进行加压产生压力，符合高压条件。再加上生石灰、食用醋和地壳内部物质成份接近，产生一定的化学反应，更加剧火山现象的呈现。整个实验，从器材的选择到实验的方法、实验原理都贴近实际情况。

5 自我评价

(1)本实验设计简单，器材易得，操作简便，安全性高。

(2)实验效果明显，接通电源4～5min后，就可以看到 “红色的液体”在玻璃水槽内涌动的情景，直观地演示了 “岩浆”在地球内部涌动的现象。而 “岩石顶盖”破裂、“岩浆”从 “火山通道”喷涌这些现象都极其逼真，极大地激发了学生探究的兴趣。

(3)本实验将神秘的地理知识用生活中常见的器材直观地呈现出来。

(4)实验立足于火山喷发的主要条件来设计，揭示了火山喷发的奥秘，体现了实验的科学性、严谨性。