“火山喷发的成因”模拟实验设计与改进

浙江省绍兴市上虞区道墟街道中心小学(312368) 章俐鑫

1 教材实验设计

本实验来自2019教科版小学科学五年级上册第2单元第4课“火山喷发的成因及作用”中的“火山喷发的成因”模拟实验。实验要求学生用番茄酱模拟岩浆，用土豆泥小山模拟地壳岩层，利用酒精灯加热番茄酱，观察“火山”喷发的现象。

2 实验存在的问题

本实验是“火山喷发的成因及作用”这节课的核心探究活动，也是本节课的重难点所在。那么，怎样来操作这个实验呢，课本上给出的方法是这样的：①在罐头盒内放入一些土豆泥，堆成小山的形状，并在山的顶部向下挖一个小洞；②向小洞内倒入一定量的番茄酱(适当稀释)，然后用一层薄薄的土豆泥封住洞口；③将罐头盒放在铁架台上，用酒精灯加热，观察“火山”喷发现象。

笔者认为课本中所示的实验操作存在如下不足之处：

(1)操作比较困难。学生需要把土豆泥做成小山后进行挖孔，往往导致挖孔时土豆泥小山破裂。做好小山后再倒入稀释的番茄酱时，不容易对准小孔，导致番茄酱留在外面。加热时，由于操作上的难度，导致土豆泥底部容易烧焦，而番茄酱反而受热不够，从而导致火山迟迟不能喷发。

(2)现象不够明显。由于操作上的困难和设计上的问题，导致火山不能顺利喷发，甚至加热了20 min以上还未见实验效果。有时候还有可能因为加热时间过长，导致番茄酱和土豆泥中的水分蒸发过多，出现烧焦的现象。

3 实验改进设计

3.1 改进后的实验器材

铁架台、酒精灯、火柴、金属罐、与金属罐匹配的茶漏装置、番茄酱、土豆泥粉、水、木棒、塑料盒等。

3.2 改进后的实验操作过程

(1)把土豆泥粉和适量的水倒入塑料盒中搅拌，取出后制作成土豆泥小山，并在山的顶部向下用木棒挖1个小孔。

(2)在金属罐中放入适量番茄酱和水(两者的比例为1∶1)，充分搅拌后的液体约距罐底5 mm高。

(3)把土豆泥小山放入与金属罐匹配的中间有小孔的茶漏中。再将装有土豆泥的茶漏放置于步骤(2)的盛有番茄酱的金属罐中。

(4)把金属罐放在铁架台上，用酒精灯在其底部进行加热，观察“火山”喷发现象。实验装置如图1所示，实验效果如图2所示。

图1 实验装置

图2 实验效果

3.3 改进后的实验创新要点

(1)分体结构，操作便利。如图3所示，在与金属罐匹配的不锈钢茶漏装置中间打1个小孔。这样更容易把土豆泥小山放入这个装置中，不会出现翻倒、歪掉等现象，还可以方便修补和填充。

图3 金属罐和不锈钢茶漏的实物图和结构图

(2)预留空间，更易受热。实验失败的主要原因就是土豆泥小山把番茄酱的空间挤压了，导致番茄酱的空间不足。因此，不锈钢的茶漏装置高度比金属罐要低5 mm左右(如图4所示)。目的就是为了让茶漏装置放入时，底下有番茄酱的放置空间，不会让土豆泥小山直接到达罐底。这样不仅给了番茄酱受热的空间，更符合现实中岩浆层在地壳下面有很大的存在空间的实际情况。

图4 不锈钢罐和不锈钢茶漏组合的结构图

(3)节省时间，效果更佳。这样的设计，不仅给了番茄酱液体热胀冷缩的空间，而且使土豆泥小山更好地模拟了地壳岩层，从而可以在短时间内让学生看到番茄酱喷发的现象。

4 实验评价效果

学生通过改进后的材料进行实验，可以达到以下效果。

4.1 降低实验难度，激发学生的求知欲

五年级学生经过四年多的科学学习，持续保持着高昂的探究热情，尤其是对地球科学知识方面的探究不仅有平时的生活经验，更希望通过实验的方式来进行科学的探究。通过对课本实验的改进，使学生能够更好地理解火山喷发是由于地球内部的运动引起的，在操作上更好地降低了实验难度，更容易让学生获得实验成功的体验，从而激发了他们的探究欲望，使他们对以后的实验操作充满期待，有利于学生今后科学课的学习。

4.2 实验现象更加明显，提高实验的有效性

实验通过加入了相匹配的不锈钢茶漏这样的设计，让“火山喷发”的模拟实验效果更好，加热的时间更短，让每个学生都能更好地观察到“火山喷发”的现象，从而提高了实验的有效性。