《傳熱比賽》課堂實錄與評析

董婷 敦文術(shù)

摘要本課是在學(xué)生認識了“什么是熱，熱在冷水和熱水中是怎樣傳遞的”之后，進一步探究熱傳導(dǎo)的規(guī)律，引領(lǐng)學(xué)生對熱在物體中是如何傳遞的問題進行有根據(jù)的猜想，嘗試作出合理的假設(shè)；再通過設(shè)計實驗、實驗觀察等探究活動，讓學(xué)生認識到熱可以從高溫物體傳向低溫物體，在同一物體上也可以從高溫部分傳向低溫部分。同時激發(fā)學(xué)生利用熱傳導(dǎo)知識設(shè)計產(chǎn)品，解決生活中的問題，感悟到人類社會的需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動力，技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用影響著社會的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 熱傳導(dǎo)現(xiàn)象 實驗探究能力 思維能力

中圖分類號：G424文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.18.020

Class Record and Analysis of“Heat Transfer Competition”

DONG Ting[1]DUN Wenshu[2]

（[1] Hebei Shijiazhuang Chang’an District Manor Primary School， Shijiazhuang， Hebei 050041；[2] Shijiazhuang Institute of Educational Sciences， Shijiazhuang， Hebei 050000）

Abstract： This course is to further explore the law of heat conduction after students understand "what is heat and how heat is transferred in cold water and hot water"， lead students to make reasonable conjectures about how heat is transferred in objects， and try to make reasonable assumptions； Then through the design of ex？ periments， experimental observation and other inquiry activities， let the students realize that heat can be trans？ ferred from the high temperature object to the low temperature object， and on the same object， it can also be transferred from the high temperature part to the low temperature part. At the same time， students are inspired to use heat conduction knowledge to design products， solve problems in life， and realize that the needs of hu？ man society are the driving force of the development of science and technology， and the development and appli？ cation of technology affect the development of society.

Keywords： heat conduction phenomenon； experimental inquiry ability； thinking ability

教材分析

本課是在學(xué)生認識了“什么是熱，熱在冷水和熱水中是怎樣傳遞的”之后，進一步探究熱傳導(dǎo)的規(guī)律。雖然熱傳導(dǎo)現(xiàn)象在生活中非常普遍，但是熱在同一物體間和不同物體間傳遞的過程并不能清晰地顯現(xiàn)出來。因此本課引領(lǐng)學(xué)生對熱在物體中是如何傳遞的問題進行有根據(jù)的猜想，嘗試作出合理的假設(shè)；再通過設(shè)計實驗、實驗觀察等探究活動，讓學(xué)生認識到熱可以從高溫物體傳向低溫物體，在同一物體上也可以從高溫部分傳向低溫部分。同時激發(fā)學(xué)生利用熱傳導(dǎo)知識設(shè)計產(chǎn)品，解決生活中的問題，感悟到人類社會的需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動力，技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用影響著社會的發(fā)展。

學(xué)情分析

五年級學(xué)生對熱傳導(dǎo)現(xiàn)象以及人們利用熱傳導(dǎo)原理生產(chǎn)出的科技產(chǎn)品并不陌生，但他們?nèi)狈醾鲗?dǎo)現(xiàn)象及科技產(chǎn)品進行有目的的觀察和研究，不清楚熱傳導(dǎo)的規(guī)律。中年級時，學(xué)生已經(jīng)認識了物體的冷和熱，學(xué)會了使用溫度計觀測物體的溫度，這些都為學(xué)生進一步研究熱傳導(dǎo)規(guī)律奠定了一定的知識基礎(chǔ)和活動經(jīng)驗。

創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

師：今天我要給同學(xué)們表演一個魔術(shù)——會變色的杯子。我會往兩個紅色杯子中分別倒入半杯水。同學(xué)們要注意看倒入的水和杯子，看誰能發(fā)現(xiàn)魔術(shù)的奧秘點在哪里。

（一名學(xué)生和教師共同完成魔術(shù)，其他學(xué)生觀察、思考。）

生：我看見倒入水后，一個杯子從底部向上顏色由紅色變成白色，而另外一個杯子沒變色。

生：一個杯子里應(yīng)該倒入的是熱水，另一個杯子里倒入的是冷水。

師：其實杯子的外壁上都涂了一層溫變油墨，當(dāng)溫度達到40℃時杯子就會變色，說明熱量已經(jīng)從熱水逐漸傳遞到杯子上。

評析：為了激發(fā)學(xué)生的探究興趣，教師利用感溫變色杯以魔術(shù)的形式創(chuàng)設(shè)情境，倒入水后其中一個杯子會從底部逐漸變色。當(dāng)學(xué)生看到的現(xiàn)象與生活經(jīng)驗并不相符的時候，就產(chǎn)生了認知沖突，從而思考為什么杯子會變色，形成探究問題，為進一步探究打下基礎(chǔ)。

根據(jù)現(xiàn)象，作出假設(shè)

師：（課件出示杯子變色不同瞬間示意圖。）我們看見杯子是從底部向上逐漸變色的。請你們猜一猜熱傳遞的順序可能是怎樣的，說出理由。

生：熱可能從杯子底部傳到杯子上部。因為杯子變色的順序是由杯底到上部。

生：熱可能從熱水傳到杯子上，因為只有倒入熱水的杯子能變色。

生：我認為熱可能先從熱水傳到杯子上，再沿著杯壁向上傳。因為下半截杯壁與熱水接觸變色很快；上半截杯壁沒有與熱水接觸也能緩慢變色。

師：同學(xué)們的猜測是否正確呢？我們需要做實驗來驗證。

評析：教師出示魔術(shù)過程圖片，幫助學(xué)生回憶杯子變色過程。通過對比觀察學(xué)生會意識到物體熱量的傳遞可能具有方向性，這樣學(xué)生的假設(shè)是有依據(jù)的。同時為接下來明確實驗?zāi)康?，依?jù)實驗條件選取實驗材料設(shè)計實驗指明了方向。

選擇材料，制訂計劃

1.利用原型，明確條件

師：生活中經(jīng)常需要加熱，例如用鍋炒菜。如果我們要設(shè)計一個實驗去觀察熱在物體中是怎樣傳遞的，需要考慮哪些條件呢？

生：需要像鍋一樣的傳熱物體。

生：需要能發(fā)熱的物體，在這里用的是燃氣灶。

生：需要能感應(yīng)熱的物體，比如菜。

師：這樣看來需要三個條件——熱源、傳熱物體和傳熱現(xiàn)象。

2.根據(jù)條件，篩選材料

師：要滿足這些條件可以選擇哪些材料呢？熱源有哪些？

生：酒精燈、蠟燭、天然氣灶、太陽……

師：大家想一想這些熱源都能在實驗室里使用嗎？比如燃氣灶就不合適。在同學(xué)們列舉的熱源中哪一個最適合在實驗室里使用呢？

生：酒精燈，因為它既安全又方便。

師：酒精燈不僅使用安全，而且加熱速度快。我們從眾多生活中的熱源篩選出了最適合在實驗室里使用的熱源。請你們找一找既導(dǎo)熱快又能夠在實驗室使用的傳熱物體有哪些。

生：鐵盤子、易拉罐……

師：同學(xué)們都認為不同的金屬物品可以做傳熱物體。老師準(zhǔn)備了升溫較快的鋁棒。適合在實驗室里使用，溫度升高后會產(chǎn)生變化的傳熱現(xiàn)象物體有哪些？

生：冰塊、豬油、蠟……

師：老師帶來了使用方便、實驗效果明顯的幾種材料作為傳熱現(xiàn)象物體。這是火柴，它是一種輕小物體。這是凡士林，它是一種膏狀物，加熱后會熔化，我們經(jīng)常在實驗中用它粘連一些物品。這是蠟環(huán)，加熱后會熔化。這是溫變橡皮泥，加熱后顏色會發(fā)生變化。這是溫度傳感器，它可以和平板電腦相連，測量物體的溫度，用數(shù)字呈現(xiàn)出溫度的變化。

3.根據(jù)材料，設(shè)計模型

師：今天我們就使用這些實驗材料，設(shè)計實驗，研究熱在鋁棒中是如何傳遞的。誰先說說自己的想法？

生：我覺得先用鐵架臺固定鋁棒，然后在鋁棒上放上溫變橡皮泥，最后在鋁棒一端點燃酒精燈，觀察溫變橡皮泥是怎樣變色的。

師：根據(jù)同學(xué)們的意見設(shè)計實驗的方法分成以下幾步：選擇材料、組合材料、畫設(shè)計圖。（課件演示實驗設(shè)計的過程，組織學(xué)生設(shè)計實驗。）請說一說你們是怎樣設(shè)計的，可能會出現(xiàn)什么實驗現(xiàn)象。

生：我們組想把鋁棒固定在支架上，分別套上三個蠟環(huán)，用酒精燈加熱鋁棒，蠟環(huán)可能會依次掉落。

生：我們想先把支架和鋁棒組裝起來，在鋁棒上插上三個溫度傳感器，用酒精燈加熱鋁棒的一端，三個溫度傳感器升溫的速度可能不一樣。

評析：教師引導(dǎo)學(xué)生通過分析生活中的原型，明確設(shè)計實驗所須滿足的條件。學(xué)生根據(jù)條件選擇不同的實驗材料，但是這些材料并不能都滿足在實驗室使用方便、效果明顯的要求。先從中篩選出適合在實驗室使用的材料，這個過程為學(xué)生設(shè)計實驗與學(xué)生實際操作實驗之間找到了平衡點，從而使設(shè)計實驗的環(huán)節(jié)更加扎實有效。

明確方法，搜集證據(jù)

師：我發(fā)現(xiàn)有的同學(xué)想通過觀察現(xiàn)象進行研究，還有的同學(xué)想通過測量溫度的變化進行研究，老師這里還有一種實驗方案，既可以觀察現(xiàn)象，又可以測量溫度，利用數(shù)字化的形式呈現(xiàn)熱量的傳遞過程（如圖1～3）。

請同學(xué)們注意觀察實驗共分哪兩步，有哪些需要注意的地方。

（播放實驗方法視頻：注意安全操作；實驗中要組長負責(zé)，分工合作；認真觀察、安靜操作，及時記錄；實驗后整理實驗物品，交流填寫實驗結(jié)論；特別強調(diào)一下，使用酒精燈時要用火柴點燃，熄滅時要用燈帽蓋滅。之后，教師組織學(xué)生閱讀實驗報告單、了解實驗方法，并指導(dǎo)學(xué)生進行分組實驗。）

評析：由于學(xué)生在實驗過程中對實驗?zāi)Ｐ偷慕M裝是否精準(zhǔn)、實驗順序是否正確直接影響對實驗現(xiàn)象的觀察，因此教師有必要通過視頻指導(dǎo)，課件呈現(xiàn)關(guān)鍵點、示意圖的形式指導(dǎo)學(xué)生掌握實驗方法。在實驗中，教師指導(dǎo)學(xué)生及時記錄鋁棒上A、B、C三個位置的溫度變化和實驗現(xiàn)象的呈現(xiàn)順序，可以同時搜集定性實驗和定量實驗證據(jù)。

分析現(xiàn)象，建構(gòu)知識

1.組織學(xué)生匯報實驗現(xiàn)象

師：同學(xué)們觀察到哪些現(xiàn)象？

生：我們組做的是蠟環(huán)實驗，發(fā)現(xiàn)A、B、C三點的初始溫度很接近，分別是29.2℃、29.3℃、29.2℃。結(jié)束時A點的溫度最高，達到130℃；其次是B點，溫度是91.7℃；C點的溫度最低，是65℃。蠟環(huán)掉落的順序為A點、B點、C點。

生：我們組做的是溫變橡皮泥實驗，A點第一個變色，B點第二個變色，C點第三個變色。

生：我們做的是火柴實驗，火柴掉落的順序是A點、B點、C點。

2.形成結(jié)論

師：通過實驗現(xiàn)象說明什么？

生：在鋁棒上離酒精燈近的先出現(xiàn)現(xiàn)象，離酒精燈遠的后出現(xiàn)現(xiàn)象，說明熱可以從溫度高的地方傳向溫度低的地方。

生：熱量是從酒精燈傳向鋁棒。

師：在不同物體間熱能從高溫物體傳向低溫物體。在同一物體中，熱從溫度高的部分傳向溫度低的部分。

（出示杯子變色的圖片。）現(xiàn)在請大家運用上述結(jié)論解釋為什么只倒入了半杯水，杯子的上部也會變色。

生：杯子底部接觸到熱水后，熱先從熱水向杯子底部傳遞。杯子上部溫度低，熱又從杯子底部向上傳遞。即使只倒了半杯水，杯子上部也會變色。

評析：學(xué)生交流匯報實驗中測量的溫度數(shù)據(jù)以及各種定性實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果產(chǎn)生的原因，提升了搜集整理信息，分析與歸納的能力。教師有意識地讓學(xué)生利用實驗結(jié)論深入分析上課伊始時魔術(shù)情境產(chǎn)生的原因，使學(xué)生能夠運用知識解除疑惑。

運用知識，拓展延伸

1.提問解釋現(xiàn)象

師：（出示相關(guān)圖片。）請同學(xué)們想一想：為什么拿起盛熱水的杯子要握杯柄？為什么煎雞蛋的時候要翻面？

生：剛倒入熱水的時候熱量還沒有傳到杯柄，因此手握杯柄不會被燙到。

生：如果不翻面的話，雞蛋下面溫度很高就會煳掉，而上面由于溫度較低，雞蛋還不熟。

2.設(shè)計產(chǎn)品

師：小明爸爸昨天被燙到了，請你設(shè)計一個能夠提前預(yù)警防止?fàn)C傷的鍋把，讓他可以不用手摸就知道鍋把溫度的高低。

生：我們小組想在鍋把上裝上溫變橡皮泥，如果溫變橡皮泥變色了就說明鍋把的溫度很高。

生：我們受變色杯子的啟發(fā)，想在鍋把上涂上一層溫變油漆，當(dāng)油漆顏色變了就說明溫度升高了。

師：今天同學(xué)們能夠運用所學(xué)知識設(shè)計產(chǎn)品。老師希望課外你們將自己的設(shè)計變成產(chǎn)品，比一比誰的鍋把預(yù)警最及時。

評析：拓展運用環(huán)節(jié)分為三個層次：首先運用結(jié)論解釋杯子逐漸變色的原因；其次觀察圖片解釋生活中的熱傳遞現(xiàn)象，引領(lǐng)學(xué)生認識熱傳導(dǎo)在生活中的應(yīng)用；最后運用熱傳遞知識設(shè)計產(chǎn)品，體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)與社會發(fā)展的聯(lián)系。為下節(jié)課研究不同物體傳熱的快慢作好了鋪墊。

總評

《傳熱比賽》這一課的主要教學(xué)目標(biāo)是能通過實驗分析歸納出熱在不同物體間以及在同一物體上的傳遞規(guī)律。教師首先利用魔術(shù)喚起學(xué)生的已有生活經(jīng)驗，形成認知沖突，引導(dǎo)學(xué)生分析推測熱在物體中是如何傳遞的，進而明確實驗條件設(shè)計實驗?zāi)Ｐ停H身實驗觀察得出結(jié)論。通過這一學(xué)習(xí)過程培養(yǎng)了學(xué)生的實驗探究能力以及從不同視角建構(gòu)事實性知識的能力。

1.注重實驗的創(chuàng)新性

為了體現(xiàn)學(xué)生必須在做中學(xué)的教學(xué)思想，教師在傳統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)上豐富了傳熱現(xiàn)象材料的種類。從傳統(tǒng)的凡士林沾火柴、豆子，增加了溫變橡皮泥和蠟環(huán)，并且將信息技術(shù)數(shù)字化設(shè)備應(yīng)用到教具里面。學(xué)生通過操作模型，不僅能夠觀察到現(xiàn)象，而且可以利用連接平板電腦的溫度傳感器測量出鋁棒上對應(yīng)點溫度的變化，在平板電腦顯示屏上呈現(xiàn)出溫度變化的數(shù)值。創(chuàng)新教具的使用讓實驗結(jié)論的形成更加科學(xué)嚴謹。

在設(shè)計的創(chuàng)新方面，教師在拓展應(yīng)用環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生利用本節(jié)課的知識設(shè)計防燙傷預(yù)警鍋把，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

2.注重思維能力的培養(yǎng)

本課在幾個環(huán)節(jié)中都體現(xiàn)了“分析—歸納”的過程。首先，設(shè)計實驗環(huán)節(jié)中學(xué)生從生活經(jīng)驗出發(fā)，以鍋為例分析比較進而明確三個實驗條件為熱源、傳熱物體、傳熱現(xiàn)象。其次，通過討論活動交流生活中的材料有哪些，這是一個思維發(fā)散的過程，用替換的方法讓學(xué)生經(jīng)過分析比較后篩選出最適合在實驗室里使用的材料來替代生活中的材料。這又對學(xué)生思維進行了集中訓(xùn)練，使他們經(jīng)歷了“分析—比較—歸納”的過程。

最后教師指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實驗?zāi)康?，明確設(shè)計流程，構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ?。學(xué)生設(shè)計實驗時也經(jīng)歷了“分析—比較—歸納”的過程，他們能夠根據(jù)條件選擇需要的實驗材料，組合構(gòu)思實驗?zāi)Ｐ筒嫵鲈O(shè)計圖。體現(xiàn)了從生活材料到實驗材料、從生活模型到實驗?zāi)Ｐ偷膶哟涡浴?/p>

教師引導(dǎo)學(xué)生交流實驗現(xiàn)象，從三個不同實驗中分析比較不同實驗現(xiàn)象的相似之處，從而歸納形成熱傳導(dǎo)規(guī)律，也體現(xiàn)了對學(xué)生思維能力的訓(xùn)練。