馬成海

小學(xué)四年級(jí)科學(xué)課程“熱的傳導(dǎo)”實(shí)驗(yàn)，是小學(xué)階段熱學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)，也是每年科學(xué)實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容之一。傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，火柴棒用凡士林粘在金屬棒上，加熱金屬棒一端，凡士林熔化，火柴依次脫落，用視覺(jué)間接地感知“熱”從高溫物體向低溫物體傳遞的過(guò)程，反映熱傳導(dǎo)方向。每次做熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，會(huì)有各種狀況出現(xiàn)：由于凡士林用量不均，后面的火柴可能比前面的先脫落，或一齊脫落，等待全部脫落的時(shí)間很長(zhǎng)等，各點(diǎn)溫度的變化情況怎樣就更不清楚了。

一、對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的反思

熱的傳導(dǎo)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)給學(xué)生學(xué)習(xí)熱傳導(dǎo)知識(shí)造成一定的困惑，熱的傳導(dǎo)不是從高溫處傳到低溫處嗎？怎么后面的反比前面的火柴棒先落下？實(shí)驗(yàn)只有做成功了，才能使學(xué)生認(rèn)識(shí)熱傳導(dǎo)的特征。因此，結(jié)合數(shù)字實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用溫度傳感器、采集器等儀器，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程

1. 設(shè)計(jì)思路：熱與溫度有關(guān)，熱量從高溫處向低溫處傳導(dǎo)，溫度超高，吸收的熱量就越多，可以用溫度來(lái)顯示熱量傳導(dǎo)的情況。溫度傳感器，可以直接測(cè)量金屬棒的溫度，通過(guò)采集器收集，把溫度顯示在屏上，并有曲線圖像反映溫度變化的情況，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體形象。

2. 金屬棒的改進(jìn)思路：為測(cè)量不同處的溫度情況，至少需要三個(gè)溫度傳感器，分別裝在金屬棒前、中、后間隔相同的位置。如何使溫度傳感器準(zhǔn)確地測(cè)量金屬棒的溫度？溫度傳感器的感應(yīng)點(diǎn)在桿的頂端，直接把傳感器與金屬棒垂直接觸，可以測(cè)量此處的溫度，感應(yīng)點(diǎn)頂端，是圓面，而金屬棒也是圓面，圓面對(duì)圓面，接觸面小，且不穩(wěn)定，易松脫，時(shí)觸時(shí)離，影響測(cè)量結(jié)果。如何能使它們充分接觸？由木質(zhì)家具的榫卯結(jié)構(gòu)聯(lián)想到，在金屬棒側(cè)面用電鉆鉆出小凹，使之與傳感器頂端大小相同，凸面對(duì)凹面，就可以解決接觸的問(wèn)題，使兩面完美結(jié)合。

3. 木方架的構(gòu)想：如何使溫度傳感器能豎直并穩(wěn)固地與金屬棒接觸呢？還是學(xué)生提醒了我：有東西架著傳感器，就不用我們那么累了。用木方做架最簡(jiǎn)單，把木方鉆孔，固定成架，把傳感器插入孔，垂直放置，就起穩(wěn)定作用。

三、實(shí)驗(yàn)制作材料

金屬棒長(zhǎng)40cm，木方長(zhǎng)25cm，溫度傳感器3支，采集器1個(gè)，酒精燈1盞，鐵架臺(tái)及鐵夾。

四、裝置制作方法

1. 截取直徑0.4cm，長(zhǎng)40cm金屬棒，取寬3cm，高2cm，長(zhǎng)25cm的木方。

2. 因溫度傳感器的溫度感應(yīng)點(diǎn)在頂端，為使與金屬棒充分接觸，在金屬棒側(cè)面相同間隔處，用電鉆鉆出與感應(yīng)點(diǎn)大小相同的小凹；木方從上到下鉆孔，間隔與金屬棒的小凹相同，涂上顏色，增加美感，標(biāo)注頻道序號(hào)。

3. 把木方、金屬棒分別用鐵夾夾住，并固定在鐵架臺(tái)上，再把溫度傳感器插入木方小孔中，并與金屬棒小凹對(duì)應(yīng)接觸，這樣，就把溫度傳感器垂直固定，并與金屬棒充分接觸，再把溫度傳感器接頭插入采集器的插口就可使用了。

五、實(shí)驗(yàn)方法

1. 把溫度傳感器插入木方架，觸點(diǎn)與金屬棒小凹接實(shí)，連接采集器。

2. 閉合采集器開(kāi)關(guān)，使它正常顯示，用采集器觸筆點(diǎn)擊采集器上“=”均衡鍵，設(shè)置三支溫度傳感器的初始溫度相同，設(shè)置采樣數(shù)：10個(gè)/秒，再設(shè)置測(cè)量時(shí)間，5分鐘為宜，可在屏上收集到完整的溫度曲線。

3. 點(diǎn)燃酒精燈，在一端加熱金屬棒，同時(shí)按開(kāi)始鍵，溫度傳感器開(kāi)始測(cè)量數(shù)據(jù)，傳到采集器，就可以觀察采集器上的溫度變化及曲線圖了。

4. 換用不同的金屬棒，還可以探究不同金屬熱傳導(dǎo)的快慢情況，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)熱的性質(zhì)。

本裝置學(xué)生可以自己做分組實(shí)驗(yàn)，也可以與電腦連接，用Addestation v5.0顯示數(shù)據(jù)，投影到屏幕，老師做演示實(shí)驗(yàn)，方便學(xué)生觀看。

六、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的亮點(diǎn)

本次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺陷，從另一角度完成熱的傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，更科學(xué)地進(jìn)行探究，達(dá)到預(yù)期目的。有如下亮點(diǎn)：1. 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置， 有兩個(gè)巧妙之處：一是金屬棒上的小凹，能使溫度傳感器的觸頭與金屬棒充分接觸；二是木方架的作用。2. 運(yùn)用數(shù)字化儀器到實(shí)驗(yàn)裝置中，使現(xiàn)象數(shù)字化、圖像化顯示。3. 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)以數(shù)字顯示，并有坐標(biāo)曲線圖，可連續(xù)測(cè)量，數(shù)字顯示也是連續(xù)變化的，并自動(dòng)保存記錄，生成記錄表，具體形象地顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程。4. 增大成功率。數(shù)字儀器由傳感器測(cè)量，采集器收集數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確測(cè)量相關(guān)的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)反映實(shí)驗(yàn)規(guī)律，大大提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

責(zé)任編輯 鄒韻文