湖北省襄陽市長虹路小學(xué)(441001) 劉格芹

1 前言

筆者在教授鄂教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第3單元“能源與礦產(chǎn)”第12課時(shí)“水力發(fā)電站”的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)教材中的實(shí)驗(yàn)存在以下問題：葉片易松動(dòng)；水輪不易固定，會(huì)滾動(dòng)，時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)快時(shí)而轉(zhuǎn)動(dòng)慢；用手控制水位高度不精確；燒杯口過大，很難控制出水量的多少、快慢以及水沖擊葉片的位置；只有圖片和水輪，學(xué)生很難理解水力發(fā)電站的工作原理，能量之間是怎樣轉(zhuǎn)化的。有鑒于此，筆者設(shè)計(jì)制作了教具“水力發(fā)電站演示器”。

2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

鐵架臺(tái)、透明水箱、水輪、軸承、軸、聯(lián)軸器、馬達(dá)、計(jì)數(shù)器、水泵、水管、高壓水閥、高壓水噴壺、萬能電表、LED燈、電線等。

2.2 制作過程

(1)搭建鐵架臺(tái)，固定軸承，把水輪裝在軸上，把軸安裝在軸承上，用聯(lián)軸器將馬達(dá)和軸承連接，在馬達(dá)上安裝LED燈和萬能電表。

(2)在軸的另一端安裝計(jì)數(shù)器。

(3)在水箱的底部安裝水管和高壓水閥，分別貼上標(biāo)簽“對(duì)照組”“實(shí)驗(yàn)組”。

(4)將水管和水泵連接，水泵固定在鐵架臺(tái)的中間。

制作完成的水力發(fā)電站演示器如圖1所示。

圖1 水力發(fā)電站演示器

2.3 教具的原理

水箱下的高壓水龍頭打開后，水流推動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)。水輪機(jī)軸連接在馬達(dá)上，帶動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出電，小燈泡亮了，萬能電表上也顯示電壓。通過局部到整體，我們更容易直觀的認(rèn)識(shí)水力發(fā)電站工作的原理，知道不同能量之間的轉(zhuǎn)換。

2.4 使用方法

(1)水泵插電源，打開水龍頭開關(guān)，關(guān)閉水箱下高壓水龍頭開關(guān)，給水箱注水，注滿水后關(guān)閉水閥。

(2)聯(lián)軸器與軸斷開，打開計(jì)數(shù)器，調(diào)整高壓水龍頭沖擊葉片的部位，打開高壓水龍頭，記錄并讀取葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，連續(xù)做3次。

(3)挪開水箱，打開萬能電表，聯(lián)軸器連接軸，用高壓噴壺噴射水輪葉片，LED燈亮了，萬能電表上顯示電壓。

(4)關(guān)閉所有閥門和電源，清理實(shí)驗(yàn)裝置。

2.5 創(chuàng)新之處

(1)同時(shí)操作兩組裝置，就能得到現(xiàn)象明顯的7組對(duì)比實(shí)驗(yàn)(即水位的高低、水流量的大小、水沖擊葉片的位置不同、葉片的多少、葉片的大小、葉片的輕重、葉片的材料不同對(duì)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的影響)，符合五年級(jí)學(xué)生動(dòng)手操作水平，更容易更精確地控制變量和不變量。

(2)水箱模擬水庫，標(biāo)有刻度線，便于控制水位高低，如圖2所示。

圖2 標(biāo)有刻度線的水箱模擬水庫

(3)鐵架臺(tái)模擬水壩。

(4)水管模擬導(dǎo)水管，高壓水閥的開關(guān)控制水量大小，如圖3所示。

圖3 高壓水閥的開關(guān)

(5)水箱左右移動(dòng)可以改變水沖擊葉片位置，可沖擊葉片的邊緣、葉片的中間部位。

(6)計(jì)數(shù)器記錄水輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，給學(xué)生更直觀的認(rèn)識(shí)。

(7)水輪易更換，和軸承連接，水輪轉(zhuǎn)動(dòng)得更靈活。

(8)水泵循環(huán)用水。

(9)用高壓水噴壺沖擊葉片，水輪飛速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電能，LED燈亮，直觀地認(rèn)識(shí)水力發(fā)電站的工作原理。

3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新效果評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，回到三峽大壩的問題上來，提問：“長江水流不斷，為什么還要修這么長這么寬這么高的壩呢？”把課內(nèi)的知識(shí)延伸到課外，在解決實(shí)際問題中鞏固知識(shí)，并進(jìn)一步促進(jìn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化，激發(fā)了學(xué)生學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的積極性。

回顧實(shí)驗(yàn)教具設(shè)計(jì)和改進(jìn)的全過程，我們發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題：

3.1 專注探究獲實(shí)證，突破教學(xué)重難點(diǎn)

獨(dú)立操作教具，排除諸多干擾因素，專注于對(duì)比實(shí)驗(yàn)本身，符合五年級(jí)學(xué)生動(dòng)手水平，能夠完成多樣化對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究，即完成教學(xué)目標(biāo)又突破教學(xué)重難點(diǎn)。

3.2 改變模糊為精確，數(shù)據(jù)意識(shí)自形成

利用計(jì)數(shù)器來判斷水輪轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢相比于教材中只憑感覺的做法，結(jié)果更精確，有利于培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)，推動(dòng)思維不斷向前發(fā)展。

3.3 教具創(chuàng)新效果好，科學(xué)探究興趣濃

本教具原理科學(xué)、操作簡單、現(xiàn)象明顯。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠搜集更直觀的證據(jù)，激發(fā)了科學(xué)探究的興趣和熱情。

總之，創(chuàng)新水力發(fā)電站裝置，化難為易，化抽象為具體，更好地加強(qiáng)了我們對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力，在動(dòng)手動(dòng)腦中滲透了對(duì)比實(shí)驗(yàn)思想。