“热空气和冷空气”实验改进

实验原型及不足

《热空气和冷空气》一课中，教材利用以下四个活动让学生认识冷热空气的流动规律：通过纸蛇转动、制作热气球的活动，发现热空气会上升，认识空气如何流动；观察玻璃瓶中烟的流动方向，发现冷热空气的流动路径及规律；制作空气流动简易装置，进一步了解并验证冷热空气流动的规律；借助风的形成模拟图，推测风的形成原因。

在实际教学中我们发现，该实验存在一些不足：采用蜡烛作为明火热源，容易点燃纸蛇和塑料袋，学生在操作过程中存在安全隐患；冷热空气流动实验中空气流动的现象也不是很明显，在重力作用下，热空气也会下降，造成学生误判；制作观察空气流动的简易装置耗时长，学生缺乏探究过程；仅通过分析模拟图，学生很难真正理解风的成因。

实验材料

塑料袋、感温油墨、鸟笼式小太阳加热器、塑料管、亚克力板、手机、支架、同轴点光源、凹面镜、蜡烛、点火器、冰块、亚克力实验箱、4寸小太阳加热器、风轮、温度传感器、倒流香等。

实验改进

1.热气球升空实验

小太阳加热器是一种较安全的热源，它可以代替蜡烛。与蜡烛不同的是，小太阳加热器不会产生明火，这样避免了因燃烧引起的事故，可以更好地保证学生的安全。

将塑料袋套在支架上进行加热（如图1），这种方法使实验过程更加方便，学生可以更加专注于实验。

在塑料袋上涂感温油墨，使热气球的温度变化更加可视化。当温度低于65 ℃时，感温油墨呈现蓝色；当温度高于65 ℃时，感温油墨呈现紫色。这种可视化方法使学生可以直观地观察到热气球在上升和下降过程中的温度变化。这不仅提高了实验的趣味性，也帮助学生更好地理解热气球升空的原理。

2.纹影实验

我对传统的纹影实验装置进行了改进，用同轴点光源代替光源和聚光镜，用手机替代相机、准直透镜、纹影透镜、刀口等元件。改进后的纹影实验装置如图2所示。纹影技术将不可见的空气流动转化为可见的图案（如图3），让学生直观地观察到空气流动的方向，从而更好地理解热空气上升、冷空气下降。

3.风的成因模拟实验

本实验装置（如图4）箱体采用挡板透明、底板为黑色的亚克力材料制成，这样可以扩大观察面，同时使烟雾的流动现象更加明显。风轮转动后，烟雾的流动使空气的流动现象和路径可视化，学生能够直观地看到气流的变化。采用温度传感器，使温度的数据变化可视，帮助学生理解温度对实验的影响。

箱体左右两侧都有加热器，可以制造出左冷右热、左热右冷、温度平衡三种状态，使得实验更具层次性和探究性。学生还可以在不同的温度条件下观察烟雾的流动现象，了解温度对气流的影响。实验盒每个部分均可拆装，并配有不同大小的通风口、挡板等，满足学生多样化的探究需求。这样的设计鼓励学生自主探究，通过改变实验条件来观察实验现象，从而加深他们对科学知识的理解。

（作者单位：陈庆，福建省福州市和平中心小学；林昉，福建省福州教育研究院）