创新的“铜球的加热和冷却实验”设计

雷鹏

小学科学课程的宗旨是培养学生的科学素养，而实验是培养学生科学素养的重要手段，因此如何设计具有实践性及趣味性的实验相当重要。

只有对实验教学不断地进行改进和创新，实验教学才会充满生机和活力。笔者以苏教版小学科学中的“铜球的加热和冷却实验”为例，详细阐述实验创新的两种主要方法——传统意义上的创新和结合新技术的创新。

原装置存在的问题：

仅根据铜球的加热和冷却实验就推断所有固体具有热胀冷缩的性质是不严谨的，锑、铋、镓就是典型的热缩冷胀固体;

装置对实验的材料要求较高，不能简单将铜球换成同样规格的铝球或者铁球，因为经查表得知，铜、铝、铁的线性膨胀系数分别为17.5，23.2和12.2;

实验相对枯燥，缺乏趣味性，不能长时间吸引学生的注意力。

为了解决这一问题，一线教师及专家学者可谓是“八仙过海各显神通”，他们从不同的角度对实验进行了改良，在让效果更明显的同时注重趣味性。

一、传统意义上的改进

在小学阶段，实验材料和教师是制约开展实验操作的主要因素。

曾有一线教师使用游标卡尺和螺旋测微器测量加热后的铜球变化的大小，但由于铜球加热后很烫，存在重大的安全隐患被抛弃。

曾有教师设计了如下的实验装置（如图1）来验证固体的热胀冷缩性质，当酒精灯加热时，金属丝膨胀延伸，带动指针偏转，膨胀越大偏转越厉害。但是该装置切换金属丝比较困难，无法验证多种固体材料。

广东的董慧珊等另辟蹊径，通过将热力学信号转化为更直观的光学信号，使得实验效果更加明显。但由于两根金屬丝之间的间隙及高度很难控制，容易造成实验成功率不高，因而没有普及开来。

笔者为了解决该装置存在的问题，设计了以下的实验装置，如图2。

虽然该装置有了一定的进步，但是间隙的控制仍是一个需要解决的问题。间隙过大，易导致加热时间过长及实验失败;间隙过小，金属冷缩的时候金属片之间无法有效分离，也导致实验失败。

二、与现代技术相结合

《教育信息化“十三五”规划》和《教育信息化2.0行动计划》明确指出，要建设教育信息化体系和“互联网+教育”的大平台，提升师生的信息化水平。笔者认为小学科学实验也应与现代化的信息手段相接轨。

由于金属固体的热胀冷缩现象极不明显，除了传统的转化法之外，我们还可以借助放大法。武汉的李定海在其发表的论文中提到用一种光杠杆法来放大金属的膨胀系数，也曾有教师利用红外线投影偏移程度测定金属的热胀冷缩现象。但笔者并不需要借助该工具，而用希沃EN5电脑版和手机版。第一步确保手机和电脑处于同一Wi-Fi下，开启移动授课，点击右上方工具箱选择摄像，固定手机后聚焦图2装置中的空隙部分。此时，希沃一体机上会呈现一个放大几百倍的空隙的图像，加热冷却均有很明显的实验现象。

笔者将压力传感器引入实验（如图3），固体受热时体积膨胀，但因空间限制会挤压传感器，显示屏上就会出现相应的示数，体积变化越明显，示数就越大。将微小的肉眼不可见的形变转化为具体的数字，直观形象，操作简便，并可根据固体的形状调节底部的螺杆，旋转到合适位置固定，确保待加热的固体和压力传感器之间的间隙极小，压力传感器上的示数为0。

该装置以事实为依据，建立在真实数据的基础上，增强了实验的可视化程度，而且耗时短，速度快。切换待加热材料也相当方便，无论是金属还是非金属，只要是可以加热的固体均可用来实验，实验材料和数据的增多使得实验更具可靠性，避免了以偏概全的问题。

实验创新源于对教材中实验的思考，源于更好地突破实验重难点，源于更好地发挥学生的主观能动性，源于提升课堂效率。俗语说得好，“世上无难事，只怕有心人”，只要我们做一个对实验有心的人，创新的灵感就会时不时地迸发。