用模拟实验探索天气现象和水循环的成因

用模拟实验探索天气现象与水循环的成因昆山实验小学江漪2010/4/15摘要：本文阐述了模拟实验的必要性，是为了对难以直接观察的对象做动态观察的一种简便的方法，能让学生在课堂上完成，并且将小学阶段中高年级教材中有关模拟实验的线索串起来做螺旋上升式研究。

以研究天气现象为切入点，并发展到対天气现象的形成原因——水循环的结果做深入的研究。

在教学时，以模拟实验研究动态变化为主要手段，并配以动态视频及动态画面为点睛之笔，使学生在有限的课堂上能对大自然的复杂现象有较为直观的认识，并能将这种感性认识经过电教手段的画龙点睛上升到理性认识。

关键词：模拟实验对自然现象做动态研究对模拟实验内容作螺旋上升式研究一、模拟实验的优点科学课是让学生睁大眼睛看大自然的教育，是把大自然作为研究对象的学科，就要把大自然展现给他们看。

但自然界的现象很复杂、很难进行直接观察，在科学探究过程中，有些科学问题单凭观察是难以得出结论的，在难以直接拿研究对象作实验时，有时就用模型来做实验，即模仿实验对象制作的科学模型。

如：水循环模型、三球仪、月相变化模型、地球构造模型等；但模型只有老师有，作为教具使用，学生没有，不能近距离的观察清楚。

有时还可以模仿研究对象制作模型——建模制作。

如制作地球模型、地表模型、星座模型等；这种方法使学生有了模型，但只能满足静态表面的观察，为了要更深入地了解自然现象的形成及原因，进行动态观察，还需要模仿研究对象的某些条件进行模拟实验。

即根据研究的目的，利用一定的仪器，再现大自然中某种现象从而探索规律的实验。

是在实验时人为的控制和模拟自然现象去研究自然的一种实验形式。

以使自然的复杂现象在经过人为的简化条件下，使其复生和重现，达到模拟自然界的情况，人们有可能将所得到的实验结果和自然界观察的现象相验证进而作为推理的依据和参考。

在整个小学科学体系中，有一根线索将模拟实验串起来，层次清楚，逐年递进，各年级段有不同的要求，在实际进行时螺旋上升；不断巩固前一阶段培养的内容，同时进行本阶段内容的培养。

这些实验既有知识的要求，又有科学探究的实践。

这些活动以学生的年龄特征和经验为背景，按照由近及远、由浅入深、由简单到复杂的序列编排。

给学生创设了由模仿到半独立、再到独立的亲历过程的机会，给学生一个由生疏到熟练逐步进行的过程。

（引自《小学自然能力培养教学提示》江苏教育出版社）下面顺着模拟天气现象的线索来说明模拟实验的方法和作用。

二、模拟天气现象的成因四年级在《降水量的测量》的课文中，安排要做一个模拟降水的实验。

要让学生模拟下雨并判断降了多少雨。

一开始先要让学生明白“降水”的概念。

以填写网状图的形式从“什么是降水？”“降水是怎样形成的”“什么是降水量”“怎<1>样测量降水量”四个方面来说明。

明确降水有固态（霜、雪、冰雹、）、液态（露、雨水）和气态（雾）三种形态；所有这些形态的降水都是自然界水循环的一个主要环节，这些水汽是从哪来的呢？这时就要提供“水循环模型”给学生看。

当模型上亮着红色和绿色灯光在流动时，学生清楚地看到红色灯光在向上流动——表示水汽蒸发上升；绿色灯光向下流动——表示水汽下降形成降水；不仅有灯光的纵向流动，也有灯光的横向流动；说明水的大循环路线不仅有从地面到高空，还有从海洋到陆地、从陆地到海洋的流动。

学生从模型上看清楚了自然界水循环的路线。

从而认识到水不断地在海洋、天空和陆地之间循环。

接着就要测量降水量。

学生要学习精确的测量雨的厚度的方法，就要介绍雨量器，介绍雨量器的构造和各部分的作用。

在教学时，只有老师有一个雨量器的教具，，学生没有雨量器；而且天气也不下雨，怎样进行精确的测量降水量，怎样确定雨量的等级呢？可以作模拟实验：用带花洒的喷水壶模拟下雨，用大小不同的透明直筒玻璃杯模拟不同口径的雨量器收集雨水；用直尺模拟雨量器里的量杯（以毫米为单位）。

模拟实验开始了：学生用大小不同的花洒喷水壶模拟人工降雨，用自制的雨量器测量人工降雨的降水量，学生们观察不同喷水壶的降雨：模拟的雨水有雨点大的、有雨点小的、有降雨时间长的、有降雨时间短的。

模拟的降雨有大雨，也有小雨；既是对自然界中降水多样性的真实模拟，让学生比较不同的“雨量器”收集的雨水多少不同，为后面的测量提供量的不同；同时为后面的确定不同的雨量等级做好了铺垫。

学生进行不同降雨量的观测，经历一次收集和测量降水真实的模拟过程，在这个过程中收集到了不同的雨量，同时要学习雨量器的摆放和读取降雨量的方法，初步感知怎样收集和测量降水量。

测量时直接用直尺量出雨水的厚度表示降水的多少。

这是模拟自然界降水现象的一次尝试，也有了一层铺垫——知道了一些降水的形态（雾、露、霜、雨、雪、冰雹）及其成因。

到了六年级，学习《水的变化与热的传递》的课文，认识水的三态变化，进行雾、露、霜、雨和冰的成因的模拟实验和推测。

一开始，用投影出示自然界中有“雾”的天气现象；有“霜”的天气现象；有冰雪的天气现象；有雨的天气现象的场景。

让学生有一个真实的各种天气情况的印象。

接着进行模拟各种天气现象的实验：从模拟水的三态变化着手。

1、模拟冰变成水：用手给冰加热，冰就融化成了水。

2、模拟水蒸发成水蒸气：使湿纱布的水散发到空气中去成为水蒸气——湿纱布周围的空气加快流动，（空气的温度高于湿纱布的温度）3、模拟水变成冰和水蒸气凝结成“霜”的过程：在深色易拉罐里放一些冰盐混合物（测得混合物的温度在0度以下），用装有水的试管浸入罐子里的冰盐中。

这个装置用冰盐模拟地面达到冰点的冷环境，用试管里的水直接接触冷环境，模拟地面的水。

几分钟后，取出试管，看到试管里的水凝结成冰；同时在易拉罐的外壁出现了白色的冰晶，这就是“霜”，是由易拉罐周围空气中的水蒸气遇到0度以下的冷环境凝结而成的。

从这个实验中可以推测出：地面的水蒸汽如果遇到0度以上的冷环境则凝结成露。

将这些实验结果作为依据，与自然界观察的现象想验证，可推理出自然界水的变化规律——水在地面遇到0度以下的冷环境会形成冰；水蒸气在地面受到0度以下的冷环境会凝结成霜三、模拟大自然中水的循环运动在学习《永不停步的旅行家》一课时，进行模拟水循环运动时还将出现“雾”的成因和“降雨”的成因。

首先通过视频播放出水在自然界里不停地循环运动的生动画面。

它可以启发<2>学生展开想像，建构起水在自然界循环运动的真实场景。

接着投影出示一幅上有蓝天白云，下有山涧溪流，左有银装素裹的树木，右有沥沥的雨水，中间配有带箭头的红色曲线，周围还有一圈绿色的箭头这样一幅精彩的画面。

通过图示展现出陆地、海洋、天空中的水；几条曲曲弯弯的由下往上、红色由淡变深的曲线表示陆地上植物和海洋中的水在太阳热量和空气浮力的作用下以水蒸气的形式上升到天空中去。

这幅画面勾画出水在自然界循环运动的状态，是一幅水循环示意图。

为了使学生了解水在自然界循环的路线和变化要让学生观察图看水“旅行”的过程，分析“旅行”的动力和能量，接着模拟大自然中水的循环运动。

（1）在大烧杯底部铺一堆沙，形成斜坡、沙子上插上小树，摆成一幅地面景物；（2）在沙层上慢慢加入一些水，水低于沙面；制成地表模型。

（3）将装有模型的烧杯放在三角架的石棉网上，在烧杯口盖上塑料薄膜，用橡筋将薄膜扎紧；薄膜上放一些冰块。

（4）点燃酒精灯，酒精灯给烧杯中的水加热，这时沙中的水受热后变成水蒸气上升，遇到冰冷的塑料薄膜后释放热量变成小水珠，一部分悬浮在薄膜下的空间，好像云雾缭绕。

一部分凝结在薄膜上。

小水珠越凝越大，最后形成小水滴滴下来。

模拟实验中的沙相当于陆地，杯中的水相当于海洋和地下水，酒精灯加热相当于太阳的热量，塑料薄膜加上冰块相当于高空中的冷环境。

实验中产生的雾气和水珠相当于空中的云，又好像是雾。

水珠落下相当于雨（雪）。

降落到湿沙上的水分，有一部分又向上蒸发，也有一部分经过湿沙又流回到杯底的水中。

这相当于陆地的水经地表和地下形成径流又流回到海洋去了。

在实验中，学生们还能看到“白气”顺着陆地的斜坡向上爬升，这与自然界海洋上蒸发的一部分水气被气流带到陆地上空的现象相似。

老师引导学生对模拟实验的器材和所产生的现象，同真实情境中的物体和现象进行对比和联系，利用模拟实验所获得的结论来解释真实情境中的问题。

在这个实验现象中可看到水蒸气上升遇到“冰块”的冷环境后变成小水珠，这些小水珠悬浮在冷环境下就形成云雾缭绕的状态，这就是“雾”的天气现象。

还看到水蒸气蒸发到冷环境上凝结成小水点，高空中的小水点相互碰撞凝结成了小水珠，小水珠继续受冷相互碰撞越聚越大，越聚越重，直至空气托不住时降落下来就形成了雨的天气现象。

将这个实验结果与自然界的真实情况相比较可推理出水蒸气在上升过程中的变化规律：在低空遇到冷环境凝结成小水滴悬浮在低空就形成“雾”，在高空凝结成小水滴悬浮在高空就形成“云”；在高空遇到0度以下的冷环境就凝结成雪降落到地面。

通过这些实验，学生可从水循环的角度去理解常见天气现象的成因了。

学生对于这些常见天气现象是比较熟悉的，通过把它们与水循环的过程联系起来，可以使学生认识到这些天气现象并不是彼此孤立的，从而对天气现象有初步的整体认识。

学生在掌握了水的三态的知识和冰点的概念后就不难理解雨和雪、露和霜的关系了。

用模拟实验的结果去验证或推测自然界的现象和规律，模拟实验和自然界的真实情况又是一组比较。

天气现象和水的循环最终要指的是自然界中发生的现象，而不是实验室里的现象。

这就要比较出实验现象与自然界的现象有许多不同，但是也有许多相似的地方。

从自然界到模拟实验，还要再从模拟实验回到自然界，使学生的思维得到不断地深化，这就是模拟实验所具有的特殊的地位和作用。

参考文献：《科学教材》、《教师教学用书》<3>。