“火山噴發(fā)”實(shí)驗(yàn)的研究與創(chuàng)新

湖北省宜城市南街小學(xué)(441400) 李彩云

1 實(shí)驗(yàn)背景

在眾多的自然災(zāi)害中，火山噴發(fā)絕對是不容小覷的，它是由地殼運(yùn)動引發(fā)的一種可怕的地質(zhì)現(xiàn)象。據(jù)科學(xué)家最新的研究表明，火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣體可能是過去5.45億年間大量物種 (包括恐龍)滅絕的原因，就像書中提到的龐貝古城的毀滅一樣?；鹕奖l(fā)時噴出的大量火山灰和火山氣體，不僅會伴隨著暴雨形成泥石流毀滅整個城市，還會形成泥漿雨污染環(huán)境，對氣候造成極大的影響?；鹕絿姲l(fā)是由于地球內(nèi)部能量的釋放，而我們所處的地區(qū)并不是火山多發(fā)地帶，因此只有通過模擬實(shí)驗(yàn)演示火山噴發(fā)的過程及其引起的變化，讓學(xué)生觀看加深印象，并產(chǎn)生探究的興趣，從而理解其中的奧秘。

鄂教版小學(xué)科學(xué)6年級上冊第15課 “火山噴發(fā)”是 “地面形態(tài)變化”單元的第6個研究話題。該實(shí)驗(yàn)就是要引導(dǎo)學(xué)生在了解卵石、溶洞、河床升高的形成過程及探究地震、沙塵暴成因的基礎(chǔ)上，通過模擬實(shí)驗(yàn)弄清火山的成因，體會地殼內(nèi)部是在不停地運(yùn)動變化且蘊(yùn)藏著巨大的能量，從而認(rèn)識到防范地質(zhì)災(zāi)害的重要意義。

2 實(shí)驗(yàn)原型與不足

教材通過2個實(shí)驗(yàn)來模擬火山噴發(fā)的過程：實(shí)驗(yàn)一為高壓噴發(fā)，目的是為了說明巖漿是在壓力的作用下從薄弱處噴發(fā)出來；實(shí)驗(yàn)二為高溫溢出，通過粥煮開的情景，引導(dǎo)學(xué)生想象巖漿沸騰向上溢出的場景。

對照 《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的要求，筆者認(rèn)為這2個實(shí)驗(yàn)存在以下不足。

2.1 實(shí)驗(yàn)的簡單呈現(xiàn)，無法揭示自然現(xiàn)象的真正成因

火山噴發(fā)并不僅僅是發(fā)生在地表的現(xiàn)象而已，而是由于地殼深處存在著一個 “液態(tài)區(qū)”，區(qū)內(nèi)的巖漿受到高溫、高壓的作用，沖出地表，形成噴發(fā)的自然現(xiàn)象。顯然，教材中的2個實(shí)驗(yàn)只是模擬了火山噴發(fā)的表面現(xiàn)象，卻不能幫助學(xué)生直觀地觀察巖漿從火山通道上升噴發(fā)及巖漿從地層裂縫中溢出的過程。

2.2 實(shí)驗(yàn)的分解操作，割裂了學(xué)生的思維發(fā)展

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，教師要采取有效的措施來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識，明白探索的意義所在。教材中實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二分別從不同的角度來模擬火山噴發(fā)的現(xiàn)象，而事實(shí)中這兩種現(xiàn)象是同時呈現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)將這兩種現(xiàn)象生硬地割裂開來，不利于學(xué)生的思維發(fā)展。

2.3 器材存在安全隱患，不利于學(xué)生的身體健康

實(shí)驗(yàn)二通過把粥煮開來呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，我們知道粥煮開時，不僅會冒出熱騰騰的氣，還會涌出大量的氣泡，甚至出現(xiàn) “暴沸”現(xiàn)象。如果在教室里做這個實(shí)驗(yàn)，學(xué)生眾多，空間狹小，存在燙傷學(xué)生的安全隱患。

2.4 實(shí)驗(yàn)耗時過長，不利于課堂的及時呈現(xiàn)

一般來說，把一鍋粥煮開，至少需要十多分鐘，而一節(jié)課只有40min，所以用熬粥來模擬火山噴發(fā)現(xiàn)象耗時過長，不利于課堂教學(xué)的安排。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新

模擬實(shí)驗(yàn)要求科學(xué)、形象、直觀，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的探究要點(diǎn)以及學(xué)生的年齡特點(diǎn)，筆者對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了以下改進(jìn)與創(chuàng)新。

3.1 實(shí)驗(yàn)教具名稱

火山噴發(fā)模擬演示器。

3.2 制作材料

一個長7cm高5cm的長方形玻璃水槽、塑料輸液瓶、一個小型手動打氣筒、塑料膠管、紅墨水、生石灰塊、食用醋、一小團(tuán)橡皮泥(或面團(tuán))、薄泡沫板等。

3.3 改進(jìn)過程

3.3.1 實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)

(1)在距離水槽底部1cm處鉆2個小洞，一處安置一個 “熱得快”(給水快速加熱的芯)，另一處插入膠管。距水槽頂部2cm處加一個玻璃蓋，蓋子正中鉆一個塑料瓶直徑大小的圓形。

(2)用頂部蓋子開有圓孔的玻璃水槽模擬“地殼”；用薄泡沫板模擬地殼內(nèi)部的 “巖石頂蓋”；推動打氣筒模擬地殼內(nèi)部的高壓；用紅墨水、生石灰、食用醋混合的溶液模擬 “巖漿”；用“熱得快”通電后提供熱源，模擬地殼內(nèi)部的高溫。

(3)將空塑料輸液瓶用剪刀剪去瓶口，用玻璃膠粘在頂部的洞口處，模擬 “火山通道”。

(4)將手動打氣筒嘴與玻璃水槽底部的膠管連接在一起固定牢。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)一：觀察巖漿在地殼內(nèi)部的活動

實(shí)驗(yàn)操作如下：

(1)將紅墨水、生石灰、食用醋混合的溶液倒入空水槽內(nèi)約2/3處，然后放上一層薄泡沫板，再蓋上玻璃蓋子，最后用適量的橡皮泥或面團(tuán)封住水槽蓋子上塑料輸液瓶口。

(2)將 “熱得快”連接電源，進(jìn)行加熱。

(3)待水槽內(nèi)的水開始沸騰時，用手輕輕推動手動打氣筒，給水槽內(nèi)的水加壓。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：水槽內(nèi)的溶液在高溫、高壓的作用下，開始沸騰，逐漸加劇，并出現(xiàn)水泡，在水槽內(nèi)涌動。“巖石頂蓋”在水壓的作用下，斷裂開來，并向左右兩邊移動。

實(shí)驗(yàn)二：觀察火山噴涌的過程

實(shí)驗(yàn)操作如下：

(1)用 “熱得快”繼續(xù)給水槽內(nèi)溶液加熱。

(2)快速推動手動打氣筒，給水槽內(nèi)溶液加壓。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：約2min后，可見水槽內(nèi)的液體急劇沸騰，水位上升，最后把堵塞頂部的橡皮泥沖掉，紅色的滾燙液體從瓶口處噴涌而出，堆積在玻璃蓋上小孔周圍，同時伴隨著大量的煙霧。

4 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與原型實(shí)驗(yàn)的對比

4.1 加熱時間短，效果明顯

“熱得快”在很短的時間內(nèi)就能把水燒沸，燒沸的水對水槽內(nèi)的液體產(chǎn)生壓力，使液體急劇上升，沖破 “巖石頂蓋”，直至從 “火山通道”噴涌出來。

4.2 實(shí)驗(yàn)材料均為生活中簡單、易得的用品

玻璃水槽為實(shí)驗(yàn)室常備實(shí)驗(yàn)器材，而空塑料輸液瓶、塑料膠管、紅墨水、生石灰、食用醋、橡皮泥面團(tuán)這些器材是生活簡單、易得的一些常用品，手動打氣筒、“熱得快”在市場上也很容易購買到。

4.3 實(shí)驗(yàn)立足于火山噴發(fā)的本質(zhì)，符合這一自然現(xiàn)象的原理

引發(fā)火山噴發(fā)現(xiàn)象的主要因素有2個：高溫和高壓。本實(shí)驗(yàn)中，將 “熱得快”接通電源后，使玻璃水槽內(nèi)的水迅速升溫，提供了實(shí)驗(yàn)成功的必備條件之一——高溫。而燒沸的液體自身有了壓力，手動打氣筒從外部對玻璃水槽內(nèi)的液體也進(jìn)行加壓產(chǎn)生壓力，符合高壓條件。再加上生石灰、食用醋和地殼內(nèi)部物質(zhì)成份接近，產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，更加劇火山現(xiàn)象的呈現(xiàn)。整個實(shí)驗(yàn)，從器材的選擇到實(shí)驗(yàn)的方法、實(shí)驗(yàn)原理都貼近實(shí)際情況。

5 自我評價

(1)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計簡單，器材易得，操作簡便，安全性高。

(2)實(shí)驗(yàn)效果明顯，接通電源4～5min后，就可以看到 “紅色的液體”在玻璃水槽內(nèi)涌動的情景，直觀地演示了 “巖漿”在地球內(nèi)部涌動的現(xiàn)象。而 “巖石頂蓋”破裂、“巖漿”從 “火山通道”噴涌這些現(xiàn)象都極其逼真，極大地激發(fā)了學(xué)生探究的興趣。

(3)本實(shí)驗(yàn)將神秘的地理知識用生活中常見的器材直觀地呈現(xiàn)出來。

(4)實(shí)驗(yàn)立足于火山噴發(fā)的主要條件來設(shè)計，揭示了火山噴發(fā)的奧秘，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性。