创新实验 提高教学效率

刘炜娜 杨志生

〔摘    要〕  针对粤教粤科版小学科学六年级下册第一单元第4课《我的保温饭盒》教材中探究热传递规律以及比较不同材料导热本领两部分实验装置存在的不足，自主设计热传递创新装置和导热测温装置，实现了操作简单、现象明显、定量分析的实验效果。帮助学生更容易地掌握热传递的规律，了解不同材料的导热性存在差异，有效提高科学实验教学效率。

〔关键词〕  小学科学；创新实验；教学效率

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  15-0046-03

一、创新实验的必要性

《义务教育科学课程标准》（2022年版）指出，实验教学是科学课教学的主要形式，是进行科学研究的基础。英国著名教育改革家赫胥黎认为，科学教育的最大特点，就是使心智直接与事物联系，并且以最完善的归纳方法来训练心智。实验探究活动，不仅能发展学生的科学思维，还能培养他们的观察能力与分析总结能力，让他们的心智得到有效的训练。对实验教学的创新，不仅能帮助学生高效完成实验，激发学生的学习兴趣，还能促进学生积极思维，有效建构科学概念。

以下是我教学粤教粤科版小学科学六年级下册第一单元第4课《我的保温饭盒》第一课时有关“热传递”和“比较不同材料的导热性差异”内容时，对实验的一些创新与改进。

二、创新实验的内容

（一）活动1：探究热传递规律

1.教材实验设计

往烧杯中加入适量热水，盖上泡沫塑料盖。

在铜棒上每隔一定距离用黄油粘上一颗绿豆，再将铜棒插入烧杯中。

观察实验现象，并尝试解释。

2.实验存在的不足

粘绿豆过程需耗费大量的时间，课堂实验效率低。

操作过程中由于气温、手的温度已造成融化现象，实验设计不严谨。

黄油易融化难储存，不适用于课堂实验。

3.设计思路

实验设计一个操作简单、现象明显又有趣的实验装置，学生能直观看到热传递的过程，掌握热传递规律。

4.实验装置

紫铜条、300w电烙铁、常开40℃温控开关、发光二极管、10欧电阻、亚克力盒子（放置电烙铁，以确保安全）。

5.实验原理

在电烙铁的烙铁头焊接一段10厘米长的紫铜条，300w电烙铁升温快且温度高，而紫铜导热性强。通电后电烙铁温度迅速升高，把热传递给紫铜条。紫铜条上装有4个温控开关，各连接一个发光二极管。当紫铜条上的温度超过40℃，常开温控开关就会闭合电路，灯就会按照距离电烙铁远近的顺序依次亮起来。运用电路与物质导热性结合的方式，热传递的方向通过发光二极管灯亮的顺序直观展示在学生眼前，帮助学生建构热传递的规律是热从温度高的地方传向温度低的地方。

6.实验步骤

观察记录通电前发光二极管灯亮情况。

然后接通电路，观察发光二极管灯亮情况，并记录实验现象。

记录实验现象：灯是按照距离电烙铁从近到远逐渐亮起来的，说明热从高温的电烙铁传到低温的紫铜条右端，再从右端传递到左端。

分析总结得出结论：热从温度高的地方传向温度低的地方。

（二）活动2：比较不同材料的导热性

1.教材实验设计

将不同材料放在瓶盖上。

把黄油切成形状、大小一致的小块，分别放在木片、铁片、塑料片、棉布上。

往水槽中加入热水，将瓶盖轻轻放入水槽中。

观察各种材料上黄油的变化情况。

2.实验存在的不足

实验无法产生一个定量、連续、实时的数据信息，缺少定量数据分析。

定性观察实验的体验感较差，缺乏让学生进行思考的内容，学生的科学思维得不到很好的发展。

黄油不容易切成形状、大小一致的小块，存在一定的实验误差。

3.改进思路

对实验增加定量数据分析，利用温度传感器获取不同材料上温度的变化数据，结合信息技术手段形成实时折线图，比较出不同材料的导热性差异。

4.实验装置

铜棒、铁棒、木棒、塑料棒（4根小棒长度直径一致）、亚克力水槽、温度计、珍珠棉、温度传感器（精确测量4根小棒的温度）、Arduino主板、转接板、杜邦线、USB线、电脑。

5.实验原理

将铜棒、铁棒、木棒、塑料棒同时放入热水中，由于导热性能差异，每根小棒实时温度不同。接在四根小棒上的温度传感器可以获取实时温度，温度传感器的另一端通过转接板与Arduino主板连接，而主板通过USB线与电脑连接，利用Arduino IDE编程器进行串口通信，每隔1秒可以采集一次温度数据，形成实时折线图。

6.实验步骤与现象

将温度传感器的探头固定在铜棒、铁棒、木棒、塑料棒的同一高度上。

观察记录铜棒、铁棒、木棒、塑料棒的起始温度。加入适量的热水，同时放入四根小棒与温度计，注意不要碰到水槽的底部与四周，四根小棒与温度计要浸在热水中。

温度的变化通过温度传感器、Arduino主板、Arduino IDE编程器在电脑上形成实时折线图，学生可以观察到铜、铁、木、塑料四者导热性差异，从而明白不同材料的导热性是不一样的。

三、创新实验提高教学效率

（一）从学生的认知特点出发，明确实验教学目标

六年级学生对于炒饭变凉等热传递现象能提出自己的猜想。但是炒饭的热又是怎样传递出去的？学生对于热传递的特点以及不同材料导热性差异并不清楚。因此，要从学生的认知特点出发，明确具体的实验学习目标。教师在教学的具体过程中，将课程教学目标进行细化，讓学生知道自己在整个实验探究中应达到的学习目标。只有这样，才能调动学生的积极性，并主动参与其中，实现知识与技能的提升。

本课应让学生明确的科学知识目标是知道热会从温度高的地方传递到温度低的地方；了解生活中的各种物品是由不同的材料制成的，知道它们导热性能不同。科学思维目标是通过分析、比较等方法，解释热传递的现象，理解不同材料导热性的差异。探究实践目标是能设计方案探究不同材料的导热性差异；能运用观察、实验等方式获取信息，分析证据，从而得出实验探究的结论。态度责任目标是在好奇心的驱使下，表现出对热传递规律的探究兴趣。

（二）以生活实际为依托，提高学生实验积极性

从生活实际入手，让学生对生活中的现象有全新的认识，进而学会用科学知识解释这些问题，达到提升学生知识运用能力的目的。本课将学生熟悉的课后延时用餐情境作为导入，不仅能激发学生的探究欲望，还能培养学生观察日常生活现象的习惯，保持和发展学生对周围世界的好奇心与求知欲。同时，在整个实验的过程中设置一些生活化的问题，如为什么铁锅是铁制的，把手却要用塑料制成呢？以及出示一些生活中不同的材料制成的物品让学生思考：谁的导热本领弱？让学生懂得运用所学的科学知识来解释生活中常见现象，提高探究实验的积极性。

（三）利用创新装置，提高实验教学效率

创新装置不仅解决了原实验探究过程中的操作烦琐等问题，有效提高实验教学效率，而且对活跃学生思维、激发学生的创造欲望、培养学生的创造能力有着重要意义。本课创新装置适合用于问题驱动式教学，引导学生在解决问题的过程中发展科学思维。

活动1：“探究热传递的规律”时，先让学生用手感受饭盒的热被传递出去，教师提出问题“热是如何传递出去的？”引发学生思考提出猜想后，教师再次提出问题“对于看不见摸不着的热传递，如何能实现用明显的现象来验证热传递的规律？”这时介绍创新实验装置的组成及原理，学生分组讨论实验的步骤，预测可能出现的实验现象。接着进行实验，验证猜想。最后师生共同总结出热传递规律：热从温度高的地方传向温度低的地方。使用创新实验装置，不仅节约了实验时间，而且现象明显，使学生的观察与分析更加直观清晰，取得了很好的实验效益，学生很容易总结出热传递的规律。

活动2：“探究不同材料的导热性”，针对4种生活中不同的材料制成的物品，教师提出问题：谁的导热本领弱呢？学生结合生活经验能提出自己的猜想，然后根据教师提供的实验器材分组设计实验。针对学生设计的方案，教师引导他们进行改进，介绍温度传感器、Arduino主板、Arduino IDE编程器等新技术工具，学生热情高涨，探究欲望强烈。最后通过实验分析数据得出“铜、铁导热性强，塑料跟木材导热性弱”的结论。创新实验装置实现定量数据分析，同时结合信息技术的运用，整个实验的过程发展了学生的科学思维，培养学生像科学家那样思考问题的能力。

四、实验教学创新效果

（一）提高实验教学效率

活动1实验避免了在铜棒上用黄油粘绿豆的烦琐操作，学生只需要给热传递创新装置通上电，就可以观察到热传递的现象。活动2实验加入热水就能得到不同材料的实时温度变化折线图，不仅节约实验操作时间，而且现象直观，有效提高实验教学效率。

（二）增强过程的可视性

热传递创新装置通过发光二极管一个接着一个亮起来，对学生的视觉形成冲击，使抽象的热传递过程变得可视化，从而让学生产生了热传递方向的感性认识，趣味性强，激发学生学习兴趣，在好奇心的驱使下进行实验探究能达到事半功倍的效果。导热测温装置则通过温度传感器将不同材料上实时温度展现出来，提高实验现象的可视性。

（三）实现跨学科融合

本次实验创新也充分体现了新课标中对STEM教学理念跨学科融合的要求，利用传感器、Arduino主板、编程等信息技术手段辅助实验探究，让学生观察更加有效，获取的证据更直观，实现了跨学科融合。

（四）促进学生思维能力的发展

热传递实验创新装置里的温控开关、发光二极管电路连接的部分涉及粤教粤科版四年级上册第4单元“简单电路”，让学生懂得可以综合所学的知识来探究下一个科学问题，实现知识的迁移，促进学生思维能力的发展。

（五）培养学生自主创新意识

使用实验创新装置进行课堂演示，学生的好奇心与探究欲望被很好地调动起来。特别是知道该装置是老师自己设计制作的，学生产生了对科学研究和实验创新极大的兴趣，这对于学生今后的科学探索与创新性思维能力的发展有着深远的影响。

本课通过创新实验装置，精心设计教学过程，强化了实验教学的重要性，有效提升了实验教学效率。在教师的引导下，学生通过“提问—猜想—探究—验证”的探究过程，最后通过分析、比较，概括出热传递的规律以及不同材料的导热性差异，整个探究实践活动培养了学生的科学思维，提高了学生解决问题的能力，有效落实了科学核心素养。

【本文系福建省2022年度教育科学“十四五”规划立项课题“基于逆向设计的农村小学科学教学实践探究”的阶段研究成果之一，课题立项批准号FJJKZX22-628】

【本文系漳州市长泰区科学工作室专项课题“基于科学核心素养的课堂学习评价研究 ”的阶段研究成果之一，课题立项编号：Ctmskt22027】

参考文献

[1]狄小椰，陆增友.“热传递实验”的改进与创新[J].中学物理教学参考，2022（2）：58-59．

[2]赵继明.热传递演示装置的改进与使用[J].实验教学与仪器，2015（1）：55-56.

[3]刘捷飞.生本理念下小学科学项目式教学应用策略探究[J].科学咨询（教育科研），2020（2）：230．