陳銀寒

【背景】

本文以蘇教版科學四年級上冊教材《吸熱和散熱》一課為例，以自制熱輻射實驗裝置為教具，改編原有教材中的實驗，展開實驗探究教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，提高學生的科學素養(yǎng)。

【教材資源簡析】

在江蘇教育出版社 ?（2018年版）教材中，對水與油、不同的固體材料、黑白色水或不同色調(diào)的氣球的吸熱和散熱性能進行了實驗研究。在實際教學中，這4組實驗無論是器材的選擇，還是實際的操作，都存在一些問題。探究水與油的吸熱散熱性能時，學生需要用酒精燈儀器加熱，不同的酒精燈火焰有大有小，導致熱量不均，學生難以控制。熄滅加熱裝置后，我們可以看到一分鐘內(nèi)水的溫度很快下降了，與此相反，油的溫度卻仍然在繼續(xù)上升，學生會發(fā)現(xiàn)大約兩分鐘后達到最高點后再下降。因為油和水降溫時存在時間差，學生使用的是傳統(tǒng)的溫度計，實驗中要準確測量水和油的溫度，較難掌控。 實驗2中用紙板和金屬片做實驗，紙板和金屬片的厚度不能做到精準統(tǒng)一，實驗缺乏嚴謹性;教材編排的對比實驗大都需要太陽光才能進行，受制于天氣影響，雨天無法在室外進行。

【設(shè)計理念】

通過前三課的學習，學生對物體的吸熱和散熱現(xiàn)象已有一定的了解，知道一杯水會慢慢變涼，知道熱的傳遞方式的熱傳導、熱對流、熱輻射，認識了物體的熱脹冷縮現(xiàn)象?；诖?，本課通過對身邊物體的吸熱和散熱現(xiàn)象的實驗探究，讓學生意識到我們生活中常見現(xiàn)象中蘊含著一定的科學原理，培養(yǎng)學生樂于與他人合作的科學探究精神。

【實驗改進】

創(chuàng)新一：教學具設(shè)計

為解決原有實驗教學設(shè)計存在的問題，經(jīng)過反復的研究和實踐，我自主設(shè)計了熱輻射實驗裝置，這是我對教學具的創(chuàng)新。熱輻射實驗裝置采用100W燈泡作為熱源，避免了天氣因素的限制。100W燈泡升溫快，被測物體短時間內(nèi)升溫快，實驗效果明顯。此實驗裝置還配備了三套實驗材料：材料一：黑白兩色、相同大小的紙盒;材料二：黑白兩色沙;材料三： 黑色、白色液體。從保護學生視力的角度出發(fā)，我設(shè)計了遮光罩，用于遮擋白熾燈向四周發(fā)散的光束。此實驗裝置安全，材料便利，利于學生探究。

創(chuàng)新二：調(diào)整實驗教學內(nèi)容

從學生認知角度來看，學生在生活中知道的更多的是關(guān)于物體顏色與吸熱的經(jīng)驗，顯然教材中編排的前兩個實驗是不符合學生學情的。根據(jù)學生的學習情況，對江蘇教育出版社2018年版教材中的實驗研究內(nèi)容進行了新的調(diào)整。第一個實驗是研究同一物質(zhì)不同顏色的吸熱和散熱性能;第二個實驗是研究不同材料的吸熱和散熱性能。

創(chuàng)新三： 教學過程設(shè)計

基于學生的認知結(jié)構(gòu)狀況，依托熱輻射實驗裝置，結(jié)合小 學 科學教 學 的探究模式（提問、假設(shè)、尋找證據(jù)、得出結(jié)論），做了本課程的教學設(shè)計。⒈圖片引入：創(chuàng)設(shè)情境，問題再現(xiàn);⒉對比實驗：研究物體的吸熱和散熱性能，這部分主要研究不同顏色的同一物質(zhì)與相同顏色的不同物質(zhì)的吸熱、散熱性能;⒊舉例說明吸熱和散熱性能在日常生活中的運用;⒋學做一個保溫杯，思考制作一個保溫杯，我們需要用到哪些材料，用什么材料做的保溫杯效果較好。

【活動過程】

本案例活動共分為四個環(huán)節(jié)，下面是活動的基本框架。

1.情境創(chuàng)設(shè)，問題再現(xiàn)

出示陽光下學生上體育課的場景圖及學生觸摸陽光下的物體，讓學生談感受，以此引入本課探究內(nèi)容，引導學生對物體的顏色與吸熱、散熱的關(guān)系提出假設(shè)：深色物體吸熱快;淺色物體吸熱慢。

2.探究實驗：物體的吸熱和散熱性能

中年級學生實驗方案設(shè)計能力還比較弱，基于學生的學情，結(jié)合學生的生活經(jīng)驗，實驗中選擇材料分別是黑白兩種不同顏色的紙盒、沙子和水，紙盒內(nèi)部的空氣是氣體的代表，沙子是固體的代表，水是液體的代表。以紙盒為例，在吸熱實驗中，要求學生先測出黑白兩色紙盒內(nèi)的空氣在0分鐘時的溫度，即黑白紙盒內(nèi)空氣的初始溫度。打開白熾燈，5分鐘后記錄黑白兩色紙盒內(nèi)空氣的最高溫度。在散熱實驗中，關(guān)閉白熾燈，記錄下黑白紙盒內(nèi)空氣的最高溫度，持續(xù)觀察， 2分鐘后，記錄黑白兩只紙盒內(nèi)空氣的溫度。學生計算黑白兩色紙盒吸熱時溫度差和散熱時的溫度差，比較數(shù)據(jù)，就能發(fā)現(xiàn)黑色紙盒內(nèi)的空氣比白色紙盒內(nèi)的空氣吸熱快，散熱也快。

3.吸熱和散熱性能在生活中的運用

冷的物體在受熱的時候會吸收熱量，熱的物體在降溫的時候會放出熱量，這在生活中是司空見慣的現(xiàn)象，并且日常生活中人們也常常利用這些現(xiàn)象。在我國許多地方，當天冷的時候人們會使用熱水袋取暖，就是用熱水所蘊含的熱量來取暖。為什么夏天我們大多穿淺色調(diào)的衣服？為什么冬天我們大多穿深色調(diào)的衣服？教材提供了幾幅圖片：為什么冰箱后面的散熱板被漆成黑色，為什么沙漠地區(qū)的阿拉伯人喜歡穿白色長袍，為什么海水和海邊沙灘的溫度不一樣等，其意圖是引導學生放眼生活，在生活中尋找人們利用物體吸熱和散熱性能的實例。

4.拓展：設(shè)計制作保溫杯

讓學生設(shè)計一個保溫杯，課上讓學生分小組合作，討論如何設(shè)計更保溫，需要什么材料，設(shè)計的依據(jù)是什么。