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#科学实验探究#+冰融化了
huangq1228 huangq1228 2020-08-05 22:05:16
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第一部分:教学设计

● 探究课题:

教科版小学科学三下第三单元第4课《冰融化了》

● 科学原理:

1、当环境温度高于0℃,冰的温度升至0℃时开始融化;冰在融化过程中,温度会长时间保持在0℃,直至完全融化成水。

2、冰在融化过程中,要从周围吸收热量,热量是使水的状态发生变化的重要因素。

 ● 学习目标:

知识点: 知道冰、水、水蒸气虽然状态不同,但都是同一种物质。

教学重点:经历冰融化成水的过程中现象的观察。

教学难点:探究促进冰融化的因素。

情感、态度和价值观:1、养成在实验观察活动中保持认真、细致的态度,意识到细致的观察能获得更多的发现。 2.初次感受、体验物质状态变化的可逆性。

【教学过程】

一、观察冰的融化,并做好记录。

1、上节课我们探究后得出了液态的水在0℃以下就会凝固成冰,那么固态的冰能够重新变成液态的水吗?在什么条件下能够变成水呢?

2、你们亲眼看到过冰的这个融化过程吗?这节课让我们一起亲自来看一看,究竟是什么让冰融化成水?

实验内容:让冰融化

实验目的:探究促进冰融化的因素

小组汇报交流观察到的现象,然后根据这些现象总结。 1、在周围环境温度超过0℃时,就可促使冰融化; 2、冰在融化过程中,温度始终保持在0℃,但紧靠冰块的空气温度下降了(冰块融化过程要不断从周围空气中吸收热量); 3、待冰块完全融化成水后,温度还会继续上升。

二、加快冰的融化 ,思考问题。 1、刚才观察了冰的融化过程,你有办法让冰融化的更快一点吗 ? 2、讨论各种方法。(把冰块放到温度更高的地方;把冰块放在太阳、灯光等下面;用手把冰块焐热。……) 3、融冰比赛游戏。 4、通过刚才的活动,你能说说是什么使冰的状态发生了变化?    (热量是使物质状态发生变化的重要因素。) 

 三、总结    

 1、通过本节课的学习,你有什么收获吗 ?

2、在冰融化的过程中有什么新的问题出现吗?(如水珠是从哪里来的?)


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提出困惑:

传统实验存在的缺陷与改进思路:

 在传统的实验中,需要使用温度计对冰或周围的空气进行测量与记录,其要求:

①每一分钟进行一次测量与记录;

②实验过程中要保持温度计位置保持一致 ;

③不要将温度计拿出水杯读数,读数的时候平视。④记录数据后,按照数据画出曲线图。

 注意事项:实验过程中,注意不能触碰冰。   

 在实验过程中,会存在以下的问题导致实验存在误差:一分钟的测量存在延时或者某个一分钟忘记记录,小学生在温度读数过程因非平视而导致数据的误差。 因此,在传统实验操作基础上,利用掌控板+DS18b20金属温度探头对实验进行了改进,在实验的过程中,利用金属探头的防水温度传感器对冰或周围的空气进行测量,并每分钟对数据进行记录并显示在掌控板的显示屏上,同时传送到本地物联网服务器SIoT上。

第二部分:改进方案 ,实操验证

 (1)实验器材与软件环境   

实验器材:掌控板1块+掌控宝扩展板、DS18B20 防水温度传感器套件1个,数据线,水杯1个,冰块若干。   

软件环境:MIND+  ,SIoT本地MQTT服务器软件

(2)DS18B20 防水温度传感器套件 

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防水DS18B20温度传感器和Arduino结合可以用到很多地方,比如土壤温度检测、热水箱温度控制等等,但是防水的DS18B20温度传感器必须还要接一个上拉电阻才能使用,为此我们设计的Plugable Terminal转换器就派上用场了。 Plugable Terminal转接器数字口增加了上拉电阻,使用跳线帽切换使用,这样可以直接将防水DS18B20温度传感器连接到掌控板上了。

技术规格 :能够在3.0V到5.5V的电源下工作; 温度显示范围为-10°C to +85°C(误差±0.5°C); 使用温度范围:-55 to 125°C (-67°F to +257°F) ;分辨率选择范围:9-12比特; 使用单线接口:通信时只需要一个数字接口 ;芯片内嵌入一个64位的ID 并联的传感器可共用一个接口 ;温度限制报警系统; 查询时间少于750ms; 长为35mm,直径为6mm的不锈钢管; 电缆直径:4mm 长度:90cm。


(3)在MIND+中的扩展——主控板——掌控板;传感器——DS18B20温度传感器;网络服务——WIFI和MQTT两个。

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(4)DS18B20测试参考代码:将引脚定义为P13。 代码刷入掌控板之后,你可以查看OLED显示的温度,比对常温,若有误差,可自行进行校准。

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(5)实践操作和参考代码

温度传感器测试能正常工作之后,我们就可以参考下面的代码,编写并刷入:

1、连接WIFI,连上就在显示屏上显示“WIFI连接成功”。

2、连接SIoT本地MQTT服务器,连上就亮第三个LED灯为蓝色。

3、设置变量wendu;wen

4、当按下“A”键,循环执行:设置wendu变量值为13管脚DS18B20的温度值;判断如果wendu值小于-30,则wendu值等于wen,同时亮第二个LED黄灯(防止传感器没有测到数据);屏幕显示变量wendu值,同时第一个led灯亮红色;MQTT发送变量wendu信息给SIoT本地MQTT服务器;变量wen值等于wendu;过30秒,第一个led灯熄灭,屏幕wendu值擦除;在等30秒一个循环,一共就是1分钟记录一次数据。



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SIoT本地MQTT服务器设置方法,具体可见https://mindplus.dfrobot.com.cn/siot

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创新点:虽然使用掌控板和DS18B20温度传感器使实验数据获得更加直接和直观,但在实验过程中还是需要培养学生的计算作图操作等重要能力,特地设计在每一分钟后在掌控板上亮起第一个LED红灯,提醒学生去记录显示屏上的温度,半分钟后数据消失。培养学生做事严谨的态度,有利于学生科学思维的培养及科学素养的提高。

DS18B20测试过程中,时不时会出现-127,没有数据的现象。所以设了个纠错判断。

现在开始我们的实验了,把水杯中放入冰块,将金属探头放入水杯的空气中,按下A键我们可以看到掌控板开始记录数据温度变化的数据值。

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数据的导出与处理   

最后,待冰融化后,登录SIoT本地MQTT服务器,观察记录的数据和图标,也可以把数据导出,,利用Excel的图表功能,来绘制“冰融化时——周围空气温度与时间的曲线图”了。

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Makelog作者原创文章,未经授权禁止转载。
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