小学科学热的传导实验反思与改进

马成海

小学四年级科学课程“热的传导”实验，是小学阶段热学的重要实验，也是每年科学实验考核内容之一。传统的热传导实验，火柴棒用凡士林粘在金属棒上，加热金属棒一端，凡士林熔化，火柴依次脱落，用视觉间接地感知“热”从高温物体向低温物体传递的过程，反映热传导方向。每次做热传导实验，会有各种状况出现：由于凡士林用量不均，后面的火柴可能比前面的先脱落，或一齐脱落，等待全部脱落的时间很长等，各点温度的变化情况怎样就更不清楚了。

一、对传统实验的反思

热的传导传统实验现象会给学生学习热传导知识造成一定的困惑，热的传导不是从高温处传到低温处吗？怎么后面的反比前面的火柴棒先落下？实验只有做成功了，才能使学生认识热传导的特征。因此，结合数字实验，运用温度传感器、采集器等仪器，对实验装置进行了改进设计。

二、数字化实验设计过程

1. 设计思路：热与温度有关，热量从高温处向低温处传导，温度超高，吸收的热量就越多，可以用温度来显示热量传导的情况。温度传感器，可以直接测量金属棒的温度，通过采集器收集，把温度显示在屏上，并有曲线图像反映温度变化的情况，使实验数据具体形象。

2. 金属棒的改进思路：为测量不同处的温度情况，至少需要三个温度传感器，分别装在金属棒前、中、后间隔相同的位置。如何使温度传感器准确地测量金属棒的温度？温度传感器的感应点在杆的顶端，直接把传感器与金属棒垂直接触，可以测量此处的温度，感应点顶端，是圆面，而金属棒也是圆面，圆面对圆面，接触面小，且不稳定，易松脱，时触时离，影响测量结果。如何能使它们充分接触？由木质家具的榫卯结构联想到，在金属棒侧面用电钻钻出小凹，使之与传感器顶端大小相同，凸面对凹面，就可以解决接触的问题，使两面完美结合。

3. 木方架的构想：如何使温度传感器能竖直并稳固地与金属棒接触呢？还是学生提醒了我：有东西架着传感器，就不用我们那么累了。用木方做架最简单，把木方钻孔，固定成架，把传感器插入孔，垂直放置，就起稳定作用。

三、实验制作材料

金属棒长40cm，木方长25cm，温度传感器3支，采集器1个，酒精灯1盏，铁架台及铁夹。

四、装置制作方法

1. 截取直径0.4cm，长40cm金属棒，取宽3cm，高2cm，长25cm的木方。

2. 因温度传感器的温度感应点在顶端，为使与金属棒充分接触，在金属棒侧面相同间隔处，用电钻钻出与感应点大小相同的小凹；木方从上到下钻孔，间隔与金属棒的小凹相同，涂上颜色，增加美感，标注频道序号。

3. 把木方、金属棒分别用铁夹夹住，并固定在铁架台上，再把温度传感器插入木方小孔中，并与金属棒小凹对应接触，这样，就把温度传感器垂直固定，并与金属棒充分接触，再把温度传感器接头插入采集器的插口就可使用了。

五、实验方法

1. 把温度传感器插入木方架，触点与金属棒小凹接实，连接采集器。

2. 闭合采集器开关，使它正常显示，用采集器触笔点击采集器上“=”均衡键，设置三支温度传感器的初始温度相同，设置采样数：10个/秒，再设置测量时间，5分钟为宜，可在屏上收集到完整的温度曲线。

3. 点燃酒精灯，在一端加热金属棒，同时按开始键，温度传感器开始测量数据，传到采集器，就可以观察采集器上的温度变化及曲线图了。

4. 换用不同的金属棒，还可以探究不同金属热传导的快慢情况，发现物质热的性质。

本装置学生可以自己做分组实验，也可以与电脑连接，用Addestation v5.0显示数据，投影到屏幕，老师做演示实验，方便学生观看。

六、改进实验的亮点

本次实验改进，克服了传统实验的缺陷，从另一角度完成热的传导实验，更科学地进行探究，达到预期目的。有如下亮点：1. 改进后的实验装置， 有两个巧妙之处：一是金属棒上的小凹，能使温度传感器的触头与金属棒充分接触；二是木方架的作用。2. 运用数字化仪器到实验装置中，使现象数字化、图像化显示。3. 数字化实验测量数据以数字显示，并有坐标曲线图，可连续测量，数字显示也是连续变化的，并自动保存记录，生成记录表，具体形象地显示实验过程。4. 增大成功率。数字仪器由传感器测量，采集器收集数据，能准确测量相关的数据，从数据反映实验规律，大大提高实验的成功率。

责任编辑 邹韵文