以《物体的传热本领》实验为例鼓励学生由失败走向创新

〔摘 要〕 课程教材建设、师资队伍建设、教学仪器装备，构成了教育的三大基石，三者缺一不可，由此可见作为探究实验载体之一的教学仪器装备在教学中的重要地位。科学合理的探究实验载体更有助于学生解决科学问题，获得科学知识，形成良好的科学态度、提高科学探究的能力。

〔关键词〕 小学科学；实验；探究

〔中图分类号〕 G424 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674-6317 （2024） 21 049-051

课程教材建设、师资队伍建设、教学仪器装备构成了教育的三大基石，三者缺一不可，由此可见作为探究载体之一的教学仪器装备在教学中的重要地位。在小学科学探究中，所需的仪器装备包括作为实验探究载体的设备材料，实验所用的材料对小学科学探究的结果起着至关重要的作用，它是小学科学探究从当前侧重定性探究转向定性定量并重的重要基石。科学合理的实验载体更有助于学生解决科学问题，获得科学知识，形成良好的科学态度，提高科学探究的能力。但在实际教学过程中，由于受到实验载体影响而导致探究结果不尽如人意，造成探究失败的课例时有发生。如何在日常教学中合理、有效更迭实验载体，鼓励学生由失败走向创新，感受探究的真谛，笔者对此进行了一些探索。

一、缘起

在教学苏教版五年级上册“热传递”单元中《物体的传热本领》一课时，确定了热的良导体和不良导体后，在给三种金属的传热性能排序时出问题了，结果不理想。学生中有观察到铜传热快的，有观察到铝传热快的，还有观察到铁传热快的……找了一下原因，发现可能是水蒸气对粘在金属棒前端的凡士林产生了影响，或者就是小棒摆放角度不一样，从而导致结果与预设不一样。于是我就把实验方法改动了一下，把铜铁铝金属小棒横过来间隔并排，一端折弯在水中，直接用热水加热。我自己在办公室里做了一遍，效果比较明显，铜棒上的小球先掉，铝棒随后掉落，两者间隔时间极短，但还是比较明显的。然而学生一动手，和我课前预做的实验结果却大相径庭：四个组显示铜传热快，四个组显示铝传热快，四个组显示一样快。这怎么办？直接告诉他们，铜的传热性最好，铝为其次，铁相比较差点？不行啊，那样还做实验干吗，还探究什么？我决定把学生分成三个大组，让他们自己设计实验证明，用实验验证的方法“打倒”对手。

二、寻因

两天后，学生报来了方案。方案挺简单的：分别把铜、铝、铁三根各长10cm的金属棒的顶端用凡士林粘上小球，用酒精灯加热，看哪根小棒上的小球先掉下来，就说明哪种金属传热快。

学生这样设计，是因为他们认为酒精灯产生的热量比热水温度高，现象会更明显。可实验结果大失所望，现象仍不明显，不能让全体学生接受实验结果。

在这一次的实验验证中我发现了学生的无限可能，也许会给我一个大大的惊喜。

学生再次回到实验设计，书上提到的材料是黄油，我们用的是凡士林，学生认为这有问题。同样的实验方法，在淡淡黄油的香味中，结果“殊途同归”：第一次实验6∶6，等金属棒冷却后，第二次实验7∶5，再冷却后，第三次实验变成8∶4了，可是8个组铝棒上的珠子是先掉的。铝传热性能比铜好吗？

随着我提出“现在怎么办？”。学生再次发挥了聪明才智，他们决定把金属棒的长度延长到60cm。随着验证的进程，学生的实验条件也越来越多了，这就是成长吧。

这次只用5mm粗的铝棒和铜棒，铁棒我们不再研究，因为这三种金属中它的传热性最慢，两次验证都明确显示了该结果。

实验再次展开。固定在铁架台上60cm棒子顶端的珠子在学生加热了近一节课的时间后，仍岿然不动，没有一个组完成实验。学生都垂头丧气。

经过反复讨论，学生想到了每隔一段距离放置一个珠子。

“老师这儿没那么多塑料珠，我们用火柴来替代珠子。你们回去后再想想，完善一下实验步骤。”

学生的实验方法这次不再是口述的，而是详细地列出了实验步骤，最大的变化是要求用同一个酒精灯加热12组材料。对于这个提议，我将学生召集来进行了商讨。因为一个酒精灯无法给12组材料进行加热，我建议分成四个酒精灯加热，每个酒精灯加热三组材料。

在加热初始，两根金属棒上的火柴棍掉落基本不分先后，直到第5根后，速度放缓，但仍不明显。统计结果显示，铜棒领先的次数与铝棒领先的次数为38：34，这个结果相差不大。有学生认为可以下结论了，铜的传热性比铝好；但仍有半数学生认为这个数值差距太小，不能说明问题。他们仍然未能分出“高低胜负”。

“老师觉得差不多可以下定论了，除非你们还有别的方法验证。”这样下结论没有问题：铜的导热性能确实比铝强，实验数据也反映了这一点，虽然现象仍然没有想象中的明显。但我说出这句话后忽然有点后悔了，班上那些看到铝棒上先掉落的学生眼中分明有着“不一样”的光，如果就这样确定结果，那么他们的实验结论又说明了什么呢？

三、求真

在新的科学课上，学生又提出疑问，他们认为实验是有问题的，通过课后查阅资料，学生发现铜的导热系数是398瓦每米每摄氏度，铝的导热系数是236瓦每米每摄氏度，铜和铝的导热系数相差较大，但在实验中的现象却不明显。学生经过思考，提出了一个新猜测：实验中用的材料可能不是铜或者不是铝。学生有这样的想法很正常，而且他们这种不达目的不罢休、追根究底的精神正是科学探究所需要的，科学需要的正是大胆想象，细心求证。

经过认真讨论，学生觉得电线中的铜丝应该是“真正的铜”。下课后，我到总务处找了一根4平方的铜线，剥开线皮，把实验用的金属棒一起放到了教室里，让学生利用下课时间去观察比较。

在又一次的科学课上，学生向我汇报了观察结果。他们认为，实验材料的金属棒不是铜，和电线中的铜芯比较，首先颜色不一样，一个是黄色，一个是紫铜色；其次是光泽不同，电线中的铜芯外表光亮异常，而实验用的金属棒色泽偏暗。还有学生回去后查找资料，知道这两种一种是黄铜，一种是紫铜。

在学生的坚持下，直径5mm的紫铜棒，直径5mm的铝棒，50cm长，粘上12根火柴的实验装置再次架在了铁架台上。新实验设计中学生考虑问题更全面了：除了长度和粗细一致外，还要求架在铁架上的部位不能和铁架台金属部分接触，防止热量被传导；不要求12组，而要求一组材料做多次。他们认为这样的设计可以保证实验的准确性，将实验中的意外降到最低。酒精灯点燃了，在大家希冀的目光下，紫铜棒上的火柴棍先掉了，再后面的4根每次都领先铝棒掉下。终于确定了：铜的传热性能比铝强，排名确定，学生发出了兴奋的喊叫声。为了进一步确定实验的准确性，我们重复了四次，四次结果完全一样，紫铜棒的传热效果明显优于铝棒。

四、创新

在学生都认为这次探究之旅完美结束时，我不失时机地提出了问题：“你们觉得物体传热性能与什么因素有关？”“同一种材料传热性能一样吗？热可以一直传递下去吗？”面对突如其来的问题，学生一下沉默了。“那想不想继续？想的话就带着老师的问题去想办法，我们继续探究。下节课老师希望看到大家的探究方案。”

学生在探究热情的激励下，不辜负我的期望，拿出了新的探究方案：一是同一种材料的传热性能可能和材料粗细有关，他们认为材料越粗，传热性能越好；二是他们认为热不可能一直传递下去，因为热量在传递过程中会传出去。

实验再次开始，60cm长，从直径0.8mm开始直到2.5mm，共10根粗细不同的紫铜棒架了起来。这次在两个铁架台之间架上了木棍，紫铜棒的另一端折在了一起，酒精灯点燃了。随着时间的推移，一开始火柴棍掉落的时间几乎没有区别，但从第3根、15cm向后，就有了先后顺序，每一次的火柴棍掉落，学生都会发出兴奋的叫喊声。四次反复实验后，他们得出了结论：同样的材料，粗的传热性能优于细的。

另一个实验，正好利用了科学课和延时服务的时间，我们分别用了直径2.5mm长1m的铜棒、铝棒和铁棒各一根，在一节课加上延时服务共长达两个多小时的时间里，20cm后的火柴棍就再无变化。后继学生受到家长的启发，选用了31度感温油墨，发现约32cm后涂料就没变化了。学生得出了结论：热传递不可能一直下去，一定距离后，传热可能会停止。学生认为这可能是空气的原因，如果在真空状态下，可能会一直传递下去。但很遗憾，受制于条件，学生的这个猜测进行不了验证。至此，这项由一个小小的失败实验引起的探究活动全部结束。

五、感悟

（一）包容失败，敢于尝试新载体

科学探究不可能百分之百成功，尤其是小学科学探究活动，影响成功的因素有很多。实验载体的差异、实验方法的选择、实验步骤的安排、数据采集的方式方法及存在的误差等，每一个都有可能使预设的实验失败。失败了不可怕，每一次的失败其实都是一次不可多得的探究素材，是新实验载体的生成机会，找到失败的原因，并将其作为一个新的探究的起点。

（二）善用失败，创造探究新氛围

当学生在探究中出现失败时，教师要善于发现学生失败中的成功点，将学生对失败结果的关注转移到对失败原因的关注上来，鼓励学生坦然面对探究失败，敢于挑战探究预设。正如美国著名企业家兼发明家托马斯·爱迪生所言：“我没有失败，我只是找到了一千种行不通的方法。”不要过多地纠结于探究的结果，而是要为学生创造寻找新载体的氛围，这也有助于教师建立起自由、创新的探究氛围。

（三）主动引导，利用载体生新意

学生从失败的探究中产生的新的探究是脆弱的、不完善的，成为另一个失败探究的概率较大。教师要主动参与到新探究的生成中去，可以通过鼓励学生对失败探究进行反思和总结，分析失败的原因并找到解决方案。此外，教师还可以鼓励学生进行探究流程再造和改进，进一步探索和创新，不断引导学生用新的思维和创意进行新的探究。

“失败引起学习，失败产生创新”教师应该高度重视此类案例，引导学生利用或改变实验载体的选择，改进探究进程和探究方式，创造性地进行探究。所有创新都是在失败的基础上诞生的。在教学中，我们需正视探究的失败，科学合理地利用实验载体，并积极将失败转化为新意，进而产生新的创新，让学生真正体验到探究的魅力和创新的喜悦。

【本文系江苏省教育科学规划一般课题“小仪器，大探究，小学科学探究实验载体的研究”研究成果，课题编号（D/2021/02/422）】

参考文献

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[3]陈锋.让科学实验更科学：从实验材料和实验设计入手提高小学科学实验的科学性[J].教学仪器与实验，2012（6）.

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