劉煒娜 楊志生

〔摘? ? 要〕? 針對(duì)粵教粵科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)第一單元第4課《我的保溫飯盒》教材中探究熱傳遞規(guī)律以及比較不同材料導(dǎo)熱本領(lǐng)兩部分實(shí)驗(yàn)裝置存在的不足，自主設(shè)計(jì)熱傳遞創(chuàng)新裝置和導(dǎo)熱測(cè)溫裝置，實(shí)現(xiàn)了操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、定量分析的實(shí)驗(yàn)效果。幫助學(xué)生更容易地掌握熱傳遞的規(guī)律，了解不同材料的導(dǎo)熱性存在差異，有效提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；教學(xué)效率

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? （2023）? 15-0046-03

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的必要性

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）指出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是科學(xué)課教學(xué)的主要形式，是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ)。英國(guó)著名教育改革家赫胥黎認(rèn)為，科學(xué)教育的最大特點(diǎn)，就是使心智直接與事物聯(lián)系，并且以最完善的歸納方法來(lái)訓(xùn)練心智。實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，不僅能發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，還能培養(yǎng)他們的觀察能力與分析總結(jié)能力，讓他們的心智得到有效的訓(xùn)練。對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新，不僅能幫助學(xué)生高效完成實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能促進(jìn)學(xué)生積極思維，有效建構(gòu)科學(xué)概念。

以下是我教學(xué)粵教粵科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)第一單元第4課《我的保溫飯盒》第一課時(shí)有關(guān)“熱傳遞”和“比較不同材料的導(dǎo)熱性差異”內(nèi)容時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的一些創(chuàng)新與改進(jìn)。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容

（一）活動(dòng)1：探究熱傳遞規(guī)律

1.教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

往燒杯中加入適量熱水，蓋上泡沫塑料蓋。

在銅棒上每隔一定距離用黃油粘上一顆綠豆，再將銅棒插入燒杯中。

觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并嘗試解釋。

2.實(shí)驗(yàn)存在的不足

粘綠豆過(guò)程需耗費(fèi)大量的時(shí)間，課堂實(shí)驗(yàn)效率低。

操作過(guò)程中由于氣溫、手的溫度已造成融化現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)。

黃油易融化難儲(chǔ)存，不適用于課堂實(shí)驗(yàn)。

3.設(shè)計(jì)思路

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯又有趣的實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生能直觀看到熱傳遞的過(guò)程，掌握熱傳遞規(guī)律。

4.實(shí)驗(yàn)裝置

紫銅條、300w電烙鐵、常開(kāi)40℃溫控開(kāi)關(guān)、發(fā)光二極管、10歐電阻、亞克力盒子（放置電烙鐵，以確保安全）。

5.實(shí)驗(yàn)原理

在電烙鐵的烙鐵頭焊接一段10厘米長(zhǎng)的紫銅條，300w電烙鐵升溫快且溫度高，而紫銅導(dǎo)熱性強(qiáng)。通電后電烙鐵溫度迅速升高，把熱傳遞給紫銅條。紫銅條上裝有4個(gè)溫控開(kāi)關(guān)，各連接一個(gè)發(fā)光二極管。當(dāng)紫銅條上的溫度超過(guò)40℃，常開(kāi)溫控開(kāi)關(guān)就會(huì)閉合電路，燈就會(huì)按照距離電烙鐵遠(yuǎn)近的順序依次亮起來(lái)。運(yùn)用電路與物質(zhì)導(dǎo)熱性結(jié)合的方式，熱傳遞的方向通過(guò)發(fā)光二極管燈亮的順序直觀展示在學(xué)生眼前，幫助學(xué)生建構(gòu)熱傳遞的規(guī)律是熱從溫度高的地方傳向溫度低的地方。

6.實(shí)驗(yàn)步驟

觀察記錄通電前發(fā)光二極管燈亮情況。

然后接通電路，觀察發(fā)光二極管燈亮情況，并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：燈是按照距離電烙鐵從近到遠(yuǎn)逐漸亮起來(lái)的，說(shuō)明熱從高溫的電烙鐵傳到低溫的紫銅條右端，再?gòu)挠叶藗鬟f到左端。

分析總結(jié)得出結(jié)論：熱從溫度高的地方傳向溫度低的地方。

（二）活動(dòng)2：比較不同材料的導(dǎo)熱性

1.教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將不同材料放在瓶蓋上。

把黃油切成形狀、大小一致的小塊，分別放在木片、鐵片、塑料片、棉布上。

往水槽中加入熱水，將瓶蓋輕輕放入水槽中。

觀察各種材料上黃油的變化情況。

2.實(shí)驗(yàn)存在的不足

實(shí)驗(yàn)無(wú)法產(chǎn)生一個(gè)定量、連續(xù)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息，缺少定量數(shù)據(jù)分析。

定性觀察實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)感較差，缺乏讓學(xué)生進(jìn)行思考的內(nèi)容，學(xué)生的科學(xué)思維得不到很好的發(fā)展。

黃油不容易切成形狀、大小一致的小塊，存在一定的實(shí)驗(yàn)誤差。

3.改進(jìn)思路

對(duì)實(shí)驗(yàn)增加定量數(shù)據(jù)分析，利用溫度傳感器獲取不同材料上溫度的變化數(shù)據(jù)，結(jié)合信息技術(shù)手段形成實(shí)時(shí)折線圖，比較出不同材料的導(dǎo)熱性差異。

4.實(shí)驗(yàn)裝置

銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒（4根小棒長(zhǎng)度直徑一致）、亞克力水槽、溫度計(jì)、珍珠棉、溫度傳感器（精確測(cè)量4根小棒的溫度）、Arduino主板、轉(zhuǎn)接板、杜邦線、USB線、電腦。

5.實(shí)驗(yàn)原理

將銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒同時(shí)放入熱水中，由于導(dǎo)熱性能差異，每根小棒實(shí)時(shí)溫度不同。接在四根小棒上的溫度傳感器可以獲取實(shí)時(shí)溫度，溫度傳感器的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)接板與Arduino主板連接，而主板通過(guò)USB線與電腦連接，利用Arduino?IDE編程器進(jìn)行串口通信，每隔1秒可以采集一次溫度數(shù)據(jù)，形成實(shí)時(shí)折線圖。

6.實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

將溫度傳感器的探頭固定在銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒的同一高度上。

觀察記錄銅棒、鐵棒、木棒、塑料棒的起始溫度。加入適量的熱水，同時(shí)放入四根小棒與溫度計(jì)，注意不要碰到水槽的底部與四周，四根小棒與溫度計(jì)要浸在熱水中。

溫度的變化通過(guò)溫度傳感器、Arduino主板、Arduino?IDE編程器在電腦上形成實(shí)時(shí)折線圖，學(xué)生可以觀察到銅、鐵、木、塑料四者導(dǎo)熱性差異，從而明白不同材料的導(dǎo)熱性是不一樣的。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提高教學(xué)效率

（一）從學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

六年級(jí)學(xué)生對(duì)于炒飯變涼等熱傳遞現(xiàn)象能提出自己的猜想。但是炒飯的熱又是怎樣傳遞出去的？學(xué)生對(duì)于熱傳遞的特點(diǎn)以及不同材料導(dǎo)熱性差異并不清楚。因此，要從學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，明確具體的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。教師在教學(xué)的具體過(guò)程中，將課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，讓學(xué)生知道自己在整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究中應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)。只有這樣，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并主動(dòng)參與其中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與技能的提升。

本課應(yīng)讓學(xué)生明確的科學(xué)知識(shí)目標(biāo)是知道熱會(huì)從溫度高的地方傳遞到溫度低的地方；了解生活中的各種物品是由不同的材料制成的，知道它們導(dǎo)熱性能不同?？茖W(xué)思維目標(biāo)是通過(guò)分析、比較等方法，解釋熱傳遞的現(xiàn)象，理解不同材料導(dǎo)熱性的差異。探究實(shí)踐目標(biāo)是能設(shè)計(jì)方案探究不同材料的導(dǎo)熱性差異；能運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)等方式獲取信息，分析證據(jù)，從而得出實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論。態(tài)度責(zé)任目標(biāo)是在好奇心的驅(qū)使下，表現(xiàn)出對(duì)熱傳遞規(guī)律的探究興趣。

（二）以生活實(shí)際為依托，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性

從生活實(shí)際入手，讓學(xué)生對(duì)生活中的現(xiàn)象有全新的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而學(xué)會(huì)用科學(xué)知識(shí)解釋這些問(wèn)題，達(dá)到提升學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力的目的。本課將學(xué)生熟悉的課后延時(shí)用餐情境作為導(dǎo)入，不僅能激發(fā)學(xué)生的探究欲望，還能培養(yǎng)學(xué)生觀察日常生活現(xiàn)象的習(xí)慣，保持和發(fā)展學(xué)生對(duì)周?chē)澜绲暮闷嫘呐c求知欲。同時(shí)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中設(shè)置一些生活化的問(wèn)題，如為什么鐵鍋是鐵制的，把手卻要用塑料制成呢？以及出示一些生活中不同的材料制成的物品讓學(xué)生思考：誰(shuí)的導(dǎo)熱本領(lǐng)弱？讓學(xué)生懂得運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)來(lái)解釋生活中常見(jiàn)現(xiàn)象，提高探究實(shí)驗(yàn)的積極性。

（三）利用創(chuàng)新裝置，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

創(chuàng)新裝置不僅解決了原實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中的操作煩瑣等問(wèn)題，有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，而且對(duì)活躍學(xué)生思維、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造欲望、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力有著重要意義。本課創(chuàng)新裝置適合用于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維。

活動(dòng)1：“探究熱傳遞的規(guī)律”時(shí)，先讓學(xué)生用手感受飯盒的熱被傳遞出去，教師提出問(wèn)題“熱是如何傳遞出去的？”引發(fā)學(xué)生思考提出猜想后，教師再次提出問(wèn)題“對(duì)于看不見(jiàn)摸不著的熱傳遞，如何能實(shí)現(xiàn)用明顯的現(xiàn)象來(lái)驗(yàn)證熱傳遞的規(guī)律？”這時(shí)介紹創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置的組成及原理，學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)的步驟，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。接著進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想。最后師生共同總結(jié)出熱傳遞規(guī)律：熱從溫度高的地方傳向溫度低的地方。使用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置，不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，而且現(xiàn)象明顯，使學(xué)生的觀察與分析更加直觀清晰，取得了很好的實(shí)驗(yàn)效益，學(xué)生很容易總結(jié)出熱傳遞的規(guī)律。

活動(dòng)2：“探究不同材料的導(dǎo)熱性”，針對(duì)4種生活中不同的材料制成的物品，教師提出問(wèn)題：誰(shuí)的導(dǎo)熱本領(lǐng)弱呢？學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)?zāi)芴岢鲎约旱牟孪耄缓蟾鶕?jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)器材分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的方案，教師引導(dǎo)他們進(jìn)行改進(jìn)，介紹溫度傳感器、Arduino主板、Arduino?IDE編程器等新技術(shù)工具，學(xué)生熱情高漲，探究欲望強(qiáng)烈。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)得出“銅、鐵導(dǎo)熱性強(qiáng)，塑料跟木材導(dǎo)熱性弱”的結(jié)論。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)定量數(shù)據(jù)分析，同時(shí)結(jié)合信息技術(shù)的運(yùn)用，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家那樣思考問(wèn)題的能力。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新效果

（一）提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

活動(dòng)1實(shí)驗(yàn)避免了在銅棒上用黃油粘綠豆的煩瑣操作，學(xué)生只需要給熱傳遞創(chuàng)新裝置通上電，就可以觀察到熱傳遞的現(xiàn)象?；顒?dòng)2實(shí)驗(yàn)加入熱水就能得到不同材料的實(shí)時(shí)溫度變化折線圖，不僅節(jié)約實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，而且現(xiàn)象直觀，有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

（二）增強(qiáng)過(guò)程的可視性

熱傳遞創(chuàng)新裝置通過(guò)發(fā)光二極管一個(gè)接著一個(gè)亮起來(lái)，對(duì)學(xué)生的視覺(jué)形成沖擊，使抽象的熱傳遞過(guò)程變得可視化，從而讓學(xué)生產(chǎn)生了熱傳遞方向的感性認(rèn)識(shí)，趣味性強(qiáng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在好奇心的驅(qū)使下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究能達(dá)到事半功倍的效果。導(dǎo)熱測(cè)溫裝置則通過(guò)溫度傳感器將不同材料上實(shí)時(shí)溫度展現(xiàn)出來(lái)，提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視性。

（三）實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合

本次實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新也充分體現(xiàn)了新課標(biāo)中對(duì)STEM教學(xué)理念跨學(xué)科融合的要求，利用傳感器、Arduino主板、編程等信息技術(shù)手段輔助實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生觀察更加有效，獲取的證據(jù)更直觀，實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科融合。

（四）促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展

熱傳遞實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置里的溫控開(kāi)關(guān)、發(fā)光二極管電路連接的部分涉及粵教粵科版四年級(jí)上冊(cè)第4單元“簡(jiǎn)單電路”，讓學(xué)生懂得可以綜合所學(xué)的知識(shí)來(lái)探究下一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。

（五）培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)

使用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置進(jìn)行課堂演示，學(xué)生的好奇心與探究欲望被很好地調(diào)動(dòng)起來(lái)。特別是知道該裝置是老師自己設(shè)計(jì)制作的，學(xué)生產(chǎn)生了對(duì)科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新極大的興趣，這對(duì)于學(xué)生今后的科學(xué)探索與創(chuàng)新性思維能力的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。

本課通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，有效提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過(guò)“提問(wèn)—猜想—探究—驗(yàn)證”的探究過(guò)程，最后通過(guò)分析、比較，概括出熱傳遞的規(guī)律以及不同材料的導(dǎo)熱性差異，整個(gè)探究實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，提高了學(xué)生解決問(wèn)題的能力，有效落實(shí)了科學(xué)核心素養(yǎng)。

【本文系福建省2022年度教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃立項(xiàng)課題“基于逆向設(shè)計(jì)的農(nóng)村小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐探究”的階段研究成果之一，課題立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)FJJKZX22-628】

【本文系漳州市長(zhǎng)泰區(qū)科學(xué)工作室專(zhuān)項(xiàng)課題“基于科學(xué)核心素養(yǎng)的課堂學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)研究?”的階段研究成果之一，課題立項(xiàng)編號(hào)：Ctmskt22027】

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