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2025全国实验教学说课展示案例——防干烧预警锅盖的“干点”探究

案例分享：防干烧预警锅盖的“干点”探究

一、实验选题背景

本活动选自我校初中综合实践活动课程《设计与制作防干烧预警锅盖》中项目实施阶段前期，通过对干烧状态时的“干点”监测，触发预警（本活动中“干点”特指干烧预警值）。本活动从日常生活中真实问题情境出发，引导学生运用多种不同工具，开展真实问题解决的自主探究与合作学习，从问题解决方案的多样性、原创性中促进学生创造性思维的发展，在创造性实践活动中塑造学生创造性人格。

本活动的核心问题是：如何监测出干烧预警值？为此，学生提出的监测预警值方法通常有：

（1）监测锅内温度变化情况；

（2）监测锅内蒸汽湿度变化情况；

（3）监测锅内蒸汽压力变化情况。每种方法老师会提供不同难易度的技术手段和相应实验资源，适合不同探求需求学生自主选择其中一种监测方法与技术，采集数据、分析关键因素的变化规律，设置阈值，触发预警系统，形成防干烧预警锅盖的技术原型。

二、实验教学目标

（1）能初步运用DIS（数字信息系统）进行数据采集与分析，得出结论，形成初步的探究实践能力和科学实证意识。

（2）通过自主探究和团队合作，开展真实的综合实践活动，提升创造性思维水平、创造性实践能力，促进创造性人格成长。

三、实验创新点

（1）釜式结构锅盖：能满足多变量的探究需求，装置简单可行，适合学生运用不同方法同时进行原型探究，提高实验效率，也便于控制无关变量，形成可靠结论。

图1：釜式锅盖设计草图

图2：釜式锅盖成型图

（2）提供不同使用难度的监测仪器：按探究方法由易到难，提供相应监测设备，满足监测方法和数据采集手段个性化，供不同程度学生选用，为异步探究提供充分的实验支架。

图3：各组主要实验资源

（3）实现软件与硬件有效融合：方法3的同学需要在教师指导下安装ArduinoAVR软件，自主进行简易的图形化编程设计，通过UNO主板连接电脑端和传感器，并将防水传感器与锅盖小孔之间，用耐高温硅胶进行连接密封固定，即可实现在锅盖上进行数字化监测，操作简单，在解决实际问题过程中提高数字化实验技能。

四、实验设计思路

图4：自制釜式可监测锅盖实验设计

图5：利用自制装置分组进行异步探究

?五、实验器材准备

每组器材：电热锅、30mL水+4片胡萝卜、UNO主板、蜂鸣器、笔记本电脑、计时器、安全手套、护目镜。另外各组还配备：

（1）测温组：热敏变色试纸、红外测温仪、温度传感器；

（2）湿度组：湿度计、透光强度计、光敏传感器、光源笔；

（3）测压组：气压自显检测仪、压力传感器。

各组组员，按照自己的方案设计，选择合适的实验器材，进行自主探究。（如表1）

?表1异步探究实验资源单

六、实验教学内容和过程

（1）明确探究任务，优化探究方案

探究任务：利用自制釜式锅盖监测出“干点”

?探究方案：如下图6（部分）

三个小组分别提出监测温度、湿度、气压的“干点”，头脑风暴后再借助AIGC（生成式人工智能）呈现出多样化探究方案。

图6部分探究方案实验单（湿度、温度、气压）

（2）开展小组异步探究

在实际小组活动中，每位组员的认知基础和操作技能又是不同的，因此，在温度组，老师提供三种不同方法，分别由易到难，由学生做出个性化选择，在老师指导下认领适合各人的一种方法进行异步探究。（如图7.8）

图7：测温组实验资源

图8：湿度组实验资源

1）选择实验资源，进行组装与图形化编程设计

图9：湿度组搭建装置与编程设计

图10：测温组搭建装置

2）自主探究，观察记录

图11：各组异步探究

图12：数据记录单（湿度、温度、气压）

3）分析数据，得出结论

图13：监测曲线：温度－时间（方法3）

实验结论1：（测温组，如图13）

（1）将30mL水+4片胡萝卜加热至沸腾后，再继续加热5分钟，出现上述实验现象；

（2）当水快烧干时，温度逐渐升高，至完成烧干，锅内蒸汽温度达到最大值为109℃；

（3）经验证，当蒸汽温度达109℃时，触发预警警报，即“干点”为109℃左右。

图14：监测曲线：湿度－时间（方法1）

实验结论2：（湿度组，如图14）

方法1直接测湿度，初始时湿度低，加热后湿度升高，持续沸腾时湿度最大，但至于烧时湿度降低至最低值22.8%，因此在湿度约40%就需发出预警。此外，通过自主学习文献发现，湿度与透光强度成负相关关系，因此还可通过测透光强度判断“干点”。

图15：监测曲线：透光强度－时间（方法2）

实验结论3：（湿度组，如图15）

方法2中，初始未加热时，透光强度最大值670Lux，加热至持续沸腾，锅内湿度不断增加，透光强度逐渐降低至最低值421Lux；当水快烧干时，透光强度又逐渐增大，烧干后约10s达到最大值为570Lux；取最低值～最大值中间值500Lux作为干烧预警值，也即