探究热传递现象-利用掌控板验证物体热传递特性的实验 简单

一、教学内容及目标：

《传热比赛》是教科版小学科学五年级下册第14课。这节课是在学生学习了《冷和热》的基础上，探究热是如何传导的及不同的物体传热的快慢不同。教材这样安排，重点是通过实验巩固热传递的同时，认识不同材料的物体传热性能不相同，而同一材料的物体传热性能也不相同。教材具有动手操作性强、科学性强、逻辑性强的特点，为了实现编者意图，教材安排了两次比较实验活动，进一步培养学生动手操作能力和观察分析能力。为继续深入学习科学知识奠定基础。根据五年级学生的年龄和心智特点，确定的本节课学习目标为：

科学概念目标

1．不同材料制成的物体，导热能力是不一样的。

2．根据材料的导热能力不同，材料可以分成热的良导体和热的不良导体。

科学探究目标

1．进行不同材料物体热传导性能的比较实验。

2．能分析热的良导体和不良导体在生活中的运用。

科学态度目标

1．发展学生对科学探究的浓厚兴趣。

2．意识到实验方法的选择和改进会对实验数据的准确性产生积极影响。 科学、技术、社会与环境目标 了解生活中热传递科学的广泛应用，为我们的生产和生活带来了很多的方便。

二、教学重点及难点：

教学重点: 知道不同材料制成的物体，导热能力是不一样的。

教学难点：能根据已有的经验成功地进行对比实验的设计。

三、教学方法及形式：

方法：观察法、实验法

形式：小组实验

四、教学过程：

一、实验导入，激发兴趣。

师做演示实验，给在不同位置粘有火柴棒的金属棒一端加热，先让学生先大胆猜想会有什么现象发生？再做演示实验验证。

二、设计实验，小组研究。

要研究的问题是热是如何传导的，小组讨论，先制订实验方案，进行汇报，然后说说实验步骤。

三、分析记录，得出结论。

引导实验小组成员认真分析实验现象，并在四人小组中交流，得出实验结论，热能从高温物体传向低温物体；在同一物体中，从温度高的部分传导到温度低的部分。

四、自主探究，传热比赛。

①问题：不同的材料传热快慢不同，让学生猜想和讨论，进行传热比赛。教师板书课题。

②小组设计实验进行验证

③汇报实验结果

④引导学生分析，得出结论:不同的物体传热的快慢不同 教师引导总结，金属等传热能力强的物体成为热的良导体，塑料、陶瓷等传热能力弱的物体成为热的不良导体，适合做隔热材料。

五、联系生活，拓展运用。

1、理解良的导体和不良导体在生活中的运用。

2、了解焖烧锅的原理，进行知识的拓展运用。

【实验操作】

实验设想1：这个实验计划用一块掌控板、micro:bit掌控I/O扩展板及一个DS18B20 防水温度传感器套件来实现，由DS18B20 防水温度传感器检测温度，再把温度传到SIOT平台上，这样可以在SIOT平台上可以直观看出温度的变化及实时画出折线图，结果在Mind+软件中利用在线模式能上传到SIOT平台，但在线模式不支持DS18B20 防水温度传感器，只有上传模式才支持DS18B20 防水温度传感器。所以这种设想没办法实现，只能取消了。

实验设想2：但实验设想1改成上传模式，但要实现上数据上传到SIOT平台又得使用Wi-Fi，但Wi-Fi与DS18B20 防水温度传感器一起使用又会造成冲突，温度数据下能正常获取。最后只能改成由Arduino和DS18B20 防水温度传感器获取温度数据，然后通过串口传输把温度数据传给掌握板，再由掌控板把相关数据上传到SIOT平台。不过在实施时，通过Arduino串口读取的温度变化数据是正常的，但传送到掌控板后，由掌控板读取的数据就不正常了，具体什么原因还不清楚，所以这种方法又只能取消。

最终实验方法：用一块掌控板、micro:bit掌控I/O扩展板及一个DS18B20 防水温度传感器套件来实现，由DS18B20 防水温度传感器检测温度，并在显示屏上显示出来，由于在Mind+，一次只能接一个DS18B20 防水温度传感器，如果同时接了多个DS18B20 防水温度传感器，最终只有最后一个显示温度是正常的，其余值都是-127，不会变化。为了在检测温度在不同材质物体传递比较时更直观，于是在显示屏了可以增加测量时间显示功能。

一、器材准备：开源硬件、笔记本电脑、茶杯、钢勺、塑料勺、木勺等。编程软件是Mind+。

二、实验过程

（一）开源硬件连接。

将掌控板插在micro:bit掌控I/O扩展板的插槽上，把DS18B20 防水温度传感器套件接在micro:bit掌控I/O扩展板的P1针脚上，如下图：

（二）程序编写。

1、开机显示程序。

一开机先进行一些初始化设置：定义当前温度、测量状态及测量时间3个变量并把它们的值设为0。再让掌控板的显示屏显示相关的文字内容及显示当前测量到的环境温度。详细程序如下：

2、温度检测程序。

当按下A键时开始测量物体的温度并在显示屏上显示出来，也让测量时间在显示屏上显示出来。直到按下B键停止测量。详细程序如下：

（三）实验操作。

A组：测量钢勺的传热速度。 把DS18B20 防水温度传感器的测温部分用热熔胶固定在钢勺的柄上，尽量使温度传感器测温部分与钢勺柄接触面积大一点，并固定的牢固一点，减少干扰。如下图：

然后再把开水倒在茶杯中，按A键后立即把钢勺放入茶杯中，接下来观察并记录经过不同的测量时间后显示屏上温度的变化。测量3分钟左右按B键停止测量。

B组：测量塑料勺的传热速度。 同样道理，把DS18B20 防水温度传感器的测温部分用热熔胶固定在塑料勺的柄上，尽量使温度传感器测温部分与塑料勺柄接触面积大一点，并固定的牢固一点，减少干扰。如下图：

同理，把开水倒在茶杯中，按A键后立即把塑料勺放入茶杯中，接下来观察并记录经过不同的测量时间后显示屏上温度的变化。测量3分钟左右按B键停止测量。

C组：测量木勺的传热速度。 同样道理，把DS18B20 防水温度传感器的测温部分用热熔胶固定在木勺的柄上，尽量使温度传感器测温部分与木勺柄接触面积大一点，并固定的牢固一点，减少干扰。如下图：

同理，把开水倒在茶杯中，按A键后立即把木勺放入茶杯中，接下来观察并记录经过不同的测量时间后显示屏上温度的变化。测量3分钟左右按B键停止测量。

注意事项：三次测量时倒在茶杯中的开水温度及数量尽量保持一致，在测量前DS18B20 防水温度传感器检测到的环境温度尽量一样，测量的时间要一样。

（四）实验结论。

通过A、B、C三组实验，我们把收集到的相关数据制作成下表方便比较。

通过上表我们可以得出这样的结论：

钢勺的传热速度比较快而塑料勺、木勺的传感速度比较慢。所以金属等传热能力强的物体成为热的良导体，塑料、木头等传热能力弱的物体成为热的不良导体，适合做隔热材料。