“给冷水加热”创新教具的研究

王 云

浙江省安吉县第四小学(313300)

“给冷水加热”选自原教科版小学科学5年级下册“热”单元中的第2课,为了研究“热水在冷水里是沉还是浮”“冷水在热水里是沉还是浮”这两个问题,教材设计了这样两个实验:一是用塑料袋装冷水,把它放在热水中,观察沉浮情况;二是用塑料袋装热水,把它放在冷水中,观察沉浮情况。

1 原实验分析

实验1分析:将冷水放入热水中,理论上学生看到的应该是先下沉,再悬浮。因为同体积的冷水比热水重,重的下沉,轻的上浮;一段时间后,冷水热水温度相同,也就是密度相同,所以可能会悬浮。事实上在实验时,学生观察到的现象是冷水连着塑料袋是先沉后浮,而不是悬浮。原因在于塑料袋干扰了实验的结果,因为塑料袋在水中是漂浮的。刚开始,塑料袋和冷水受到的浮力小于重力,所以下沉;一段时间后,袋内冷水的温度逐渐与热水相同,此时塑料袋和袋中的热水受到的浮力大于重力,所以开始上浮。

实验2分析:将热水放在冷水里,理论上应该是先上浮然后悬浮。因为开始时,同体积的热水比冷水轻,所以上浮;一段时间后,热水和冷水的温度相同,也就是密度相同,所以就可以是悬浮。而实验时,学生观察到的是上浮。究其原因,还是塑料袋导致的。

这两个实验均存在干扰学生理解概念的问题,影响沉浮现象的因素有两个,一个是塑料袋里的水,另一个就是塑料袋。这对小学生来说是很难理解和作出解释的。

2 改进后的实验材料

1个注射器、1个塑料瓶、冷水和热水、红墨水。

3 改进后的实验装置

改进后的实验装置如图1所示。

图1 改进后的实验装置

4 改进后的实验步骤

实验1:观察热水在冷水中的沉浮现象。先在塑料瓶中装入冷水,再将热水着色吸入注射器,然后在塑料瓶的中部将热水注射到冷水中。如图2(a)所示,热水在冷水中先是上浮,然后在上部开始扩散悬浮。

(a) (b)图2 实验现象

实验2:观察冷水在热水中的沉浮现象。先在塑料瓶中装入热水,再将冷水着色吸入注射器,然后在塑料瓶的中部将冷水注射到热水中。如图2(b)所示,冷水在热水中先下沉,然后在下部开始扩散悬浮。

5 改进实验优点

(1)设计科学。改进后的实验研究的是冷水在热水中的沉浮情况和热水在冷水中的沉浮情况,所以除了冷水和热水,没有其他因素干扰,便于学生建构核心概念。

(2)现象明显。用红墨水进行染色,热水在冷水中上浮然后悬浮,冷水在热水中下沉然后悬浮,颜色形成鲜明的对比,实验中上浮、下沉以及悬浮的现象十分明显。

(3)节省时间。实验全部做完大约需要10 min,比原实验更节省时间,适合学生在课堂内进行探究。

(4)操作简单,安全性高。实验操作简单,仅需2名学生就可以完成。实验在室温(20 ℃)条件下进行时,热水温度只需40 ℃就可以达到较好的实验效果。