《吸热和散热》实验课教学创新设计

陈银寒

【背景】

本文以苏教版科学四年级上册教材《吸热和散热》一课为例，以自制热辐射实验装置为教具，改编原有教材中的实验，展开实验探究教学，培养学生的创新能力，提高学生的科学素养。

【教材资源简析】

在江苏教育出版社  （2018年版）教材中，对水与油、不同的固体材料、黑白色水或不同色调的气球的吸热和散热性能进行了实验研究。在实际教学中，这4组实验无论是器材的选择，还是实际的操作，都存在一些问题。探究水与油的吸热散热性能时，学生需要用酒精灯仪器加热，不同的酒精灯火焰有大有小，导致热量不均，学生难以控制。熄灭加热装置后，我们可以看到一分钟内水的温度很快下降了，与此相反，油的温度却仍然在继续上升，学生会发现大约两分钟后达到最高点后再下降。因为油和水降温时存在时间差，学生使用的是传统的温度计，实验中要准确测量水和油的温度，较难掌控。 实验2中用纸板和金属片做实验，纸板和金属片的厚度不能做到精准统一，实验缺乏严谨性;教材编排的对比实验大都需要太阳光才能进行，受制于天气影响，雨天无法在室外进行。

【设计理念】

通过前三课的学习，学生对物体的吸热和散热现象已有一定的了解，知道一杯水会慢慢变凉，知道热的传递方式的热传导、热对流、热辐射，认识了物体的热胀冷缩现象。基于此，本课通过对身边物体的吸热和散热现象的实验探究，让学生意识到我们生活中常见现象中蕴含着一定的科学原理，培养学生乐于与他人合作的科学探究精神。

【实验改进】

创新一：教学具设计

为解决原有实验教学设计存在的问题，经过反复的研究和实践，我自主设计了热辐射实验装置，这是我对教学具的创新。热辐射实验装置采用100W灯泡作为热源，避免了天气因素的限制。100W灯泡升温快，被测物体短时间内升温快，实验效果明显。此实验装置还配备了三套实验材料：材料一：黑白两色、相同大小的纸盒;材料二：黑白两色沙;材料三： 黑色、白色液体。从保护学生视力的角度出发，我设计了遮光罩，用于遮挡白炽灯向四周发散的光束。此实验装置安全，材料便利，利于学生探究。

创新二：调整实验教学内容

从学生认知角度来看，学生在生活中知道的更多的是关于物体颜色与吸热的经验，显然教材中编排的前两个实验是不符合学生学情的。根据学生的学习情况，对江苏教育出版社2018年版教材中的实验研究内容进行了新的调整。第一个实验是研究同一物质不同颜色的吸热和散热性能;第二个实验是研究不同材料的吸热和散热性能。

创新三： 教学过程设计

基于学生的认知结构状况，依托热辐射实验装置，结合小 学 科学教 学 的探究模式（提问、假设、寻找证据、得出结论），做了本课程的教学设计。⒈图片引入：创设情境，问题再现;⒉对比实验：研究物体的吸热和散热性能，这部分主要研究不同颜色的同一物质与相同颜色的不同物质的吸热、散热性能;⒊举例说明吸热和散热性能在日常生活中的运用;⒋学做一个保温杯，思考制作一个保温杯，我们需要用到哪些材料，用什么材料做的保温杯效果较好。

【活动过程】

本案例活动共分为四个环节，下面是活动的基本框架。

1.情境创设，问题再现

出示阳光下学生上体育课的场景图及学生触摸阳光下的物体，让学生谈感受，以此引入本课探究内容，引导学生对物体的颜色与吸热、散热的关系提出假设：深色物体吸热快;浅色物体吸热慢。

2.探究实验：物体的吸热和散热性能

中年级学生实验方案设计能力还比较弱，基于学生的学情，结合学生的生活经验，实验中选择材料分别是黑白两种不同颜色的纸盒、沙子和水，纸盒内部的空气是气体的代表，沙子是固体的代表，水是液体的代表。以纸盒为例，在吸热实验中，要求学生先测出黑白两色纸盒内的空气在0分钟时的温度，即黑白纸盒内空气的初始温度。打开白炽灯，5分钟后记录黑白两色纸盒内空气的最高温度。在散热实验中，关闭白炽灯，记录下黑白纸盒内空气的最高温度，持续观察， 2分钟后，记录黑白两只纸盒内空气的温度。学生计算黑白两色纸盒吸热时温度差和散热时的温度差，比较数据，就能发现黑色纸盒内的空气比白色纸盒内的空气吸热快，散热也快。

3.吸热和散热性能在生活中的运用

冷的物体在受热的时候会吸收热量，热的物体在降温的时候会放出热量，这在生活中是司空见惯的现象，并且日常生活中人们也常常利用这些现象。在我国许多地方，当天冷的时候人们会使用热水袋取暖，就是用热水所蕴含的热量来取暖。为什么夏天我们大多穿浅色调的衣服？为什么冬天我们大多穿深色调的衣服？教材提供了几幅图片：为什么冰箱后面的散热板被漆成黑色，为什么沙漠地区的阿拉伯人喜欢穿白色长袍，为什么海水和海边沙滩的温度不一样等，其意图是引导学生放眼生活，在生活中寻找人们利用物体吸热和散热性能的实例。

4.拓展：设计制作保温杯

让学生设计一个保温杯，课上让学生分小组合作，讨论如何設计更保温，需要什么材料，设计的依据是什么。