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《实验器材改进三例》作者:樊翠萍

发布人:管理员 发布时间:2017-01-22 20:44:19

课程标准指出,小学科学课程是以培养学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程,科学学习要以探究为核心。科学是一门以实验为基础的学科,实验教学是培养学生学习兴趣、动手操作能力、观察能力、思维能力和表达能力的重要途径,实验教学在科学课教学中有不容忽视的重要地位。

实验器材的设计是否得当,很大程度上影响着学生获取知识、建构概念的效果。在使用莱博士实验箱的这两三年时间里,一个突出的体会是,实验箱器材质量较好,种类齐全,与教学同步,很好地解决了科学教师准备实验器材难的难题。

没有最好,只有更好。在实际教学中,我立足莱博士实验箱对三组实验器材进行了改进,力图更好地服务教学。

一、“磁极的相互作用”实验改进

1.实验目的

通过实验,使学生了解到磁铁具有指南北的性质,指北的磁极叫北极,指南的磁极叫南极。

2.实验原理

磁铁有两极,地球本身就是一个巨大的磁铁,地球在地理位置上有南极和北极之分。地球地理南极是磁极的北极,地球的地理北极是磁极的南极。磁铁与地球的磁极间有相互作用,所以磁铁也就有了指示南北的性质。

3.材料及图示

原实验器材

存在问题

改进后的实验器材

旋转支架主体1个、旋转支架底座1个、圆柱形磁铁1条。

?

放置好的条形磁铁在水平旋转过程中,由于没有被固定,比较容易掉落,极易造成断裂。

旋转支架主体1个、旋转支架底座1个、圆柱形磁铁1条、橡皮筋1条。

4.改进做法和目的

做法:把条形磁铁平衡放置在旋转支架主体上,用橡皮筋缠绕两圈固定。

目的:经过橡皮筋的固定,磁铁在旋转支架上水平转动时,不会掉落,而且完全没有影响原有实验效果。

5.改进器材前、后的实验效果对比

实验

原来实验器材效果

改进后的实验效果

研究磁铁的指南指北特性。

为了证实磁铁的指南指北性质,需要多次把磁铁水平转动,等其自然停止后,观察磁铁指向。教学实践后发现,磁铁没能有效固定在旋转支架上,极易在旋转过程中掉落桌面或地面断开,导致器材损坏,严重影响实验效果。

经过多次检验,用橡皮筋缠绕固定后的磁铁,在水平旋转过程中不会掉落。磁铁指南指北的现象不再受其他干扰,实验成功率大大提高。

6.自评

原有的实验器材装置存在着磁铁容易在旋转支架上掉落的缺陷,学生使用后,各组的磁铁基本都断了,损耗极大。这导致学生实验成功率非常低,没能检验到磁铁水平旋转后总是指向地球南北极的现象,不利于学生构建科学概念,降低课堂效率。经过对现有实验器材的改造,解决了以上弊端,大大提高实验成功率,有利于学生自主搭建知识架构,提高学习兴趣和规范实验的操作。

二、“用橡皮筋作动力”实验改进

1.实验目的

通过实验,学生了解到弹力是物体形状改变时产生的要恢复原来形状的力。用橡皮筋作动力驱动小车运动时,橡皮筋的弹力越大,作用的时间越长,小车运动的距离越远。小车运动方向与橡皮筋缠绕方向相反。

2.实验原理

把橡皮筋系在车轴上,通过缠绕橡皮筋使其变形,产生弹力,从而带动小车轮子转动,轮子再带动整辆小车运动。

3.材料器具

原实验器材

存在问题

改进实验器材

小车一辆。

?

?

在研究“小车运动方向与橡皮筋缠绕方向”问题时,由于没有具体的参照,学生容易混淆,不容易发现规律。

在研究“橡皮筋的弹力越大,作用的时间越长,小车运动的距离越远”问题时,没有具体的量化测量数据,不容易形成这个认识。

小车一辆、软尺1条、记号笔1支、软尺1条、卡纸1张。

改进后的小车

新增添的跑道

改进后的成套实验器材

4.改进做法和目的

做法:在小车正面标注前后,用卡纸制作“跑道”,并标注前后和起跑线,同时在“跑道”一侧粘贴软尺(如前图所示)。

目的:引入“跑道”后,在研究小车运动方向与橡皮筋缠绕方向的关系时有了明显的参照物,可清晰地发现橡皮筋缠绕方向和小车运动方向相反。标注“跑道”的前后,规定了小车运行的起点,运动方向有了参照,引入软尺后,能更方便地测量小车行驶距离,规范数据的采集。同时,引入“跑道”还增加实验趣味性。

5.改进器材前、后的实验效果对比

实验

原来实验器材效果

改进后的实验效果

研究小车行驶方向与橡皮筋缠绕方向的关系。

没有清晰的方位指示和统一的参照物对比,学生难以清楚描述小车行驶方向与橡皮筋缠绕方向的关系。

有标明前后的小车配合同样标注前后“跑道”使用,在研究过程中,学生能清晰地发现并描述小车行驶方向与橡皮筋缠绕方向相反的结果。

研究橡皮筋缠绕的圈数与小车行驶距离的关系。

由于小车没有配套的测量行驶距离的工具,学生用尺子也不够测量小车的行驶距离,造成采集数据上的不便,反复操作会大大降低教学效率。

改装后的小车配合“跑道”使用,能方便测量出行驶距离,从而很容易得出正确的结果。还可让学生赛车,学生在比赛过程中会发现不能过度缠绕橡皮筋,否则“欲速则不达”。节省了因为采集数据而反复测量的时间,增加实验的趣味性和规范性,提高了实验效率。

6.自评

原有的实验器材只有一辆橡皮筋小车,用它来研究小车行驶方向与橡皮筋缠绕方向的关系以及橡皮筋缠绕的圈数与小车行驶距离的关系这两个问题时,由于没有统一的参照物,学生在辨识方向时容易产生混淆,数据收集耗时长,不容易得出结论。

经过对实验小车的改造,不仅解决了以上提到的弊端,还刺激了学生的感官度,把一些需要观测的量进一步量化,即可视橡皮筋绕圈数,可测小车行驶距离,可说出小车行驶方向和橡皮筋缠绕方向相反,可比与其他小组赛车的优劣。

三、“斜面的作用”实验改进

1.实验目的

通过实验,学生了解到沿斜面提升物体比直接提升更省力,斜面坡度越小越省力。

2.实验原理

斜面是生活中常用的机械,人们利用斜面工作能省力。应用斜面能省力,从物理学上分析,主要是应用力的分解的原理,不同坡度的斜面省力不同也是一样的道理。本课中,主要是让学生用对比实验的方法来发现这一规律。

3.材料器具

原实验器材

存在问题

改进实验器材

原光滑面坡度

原粗糙面坡度

斜坡正反面光滑度相似,测量拉力区分度不大。

橡皮筋2条、毛巾1条。

改进后的粗糙面坡度

4.改进做法和目的

做法:在斜面表面裹上一条毛巾,两端用橡皮筋固定。

目的:铺上毛巾后的斜面摩擦力明显增大,与光滑面相比较,拉力有较大的区分度。

5.修改器材前、后的实验效果对比

实验

原来实验器材效果

改进后的实验效果

用坡度相同而光滑度不同的斜面,将物体提升同一高度所用的力是一样吗?

斜坡正反面光滑度相似,测量拉力区分度不大,只是相差0.1N。原光滑面提升两个钩码的拉力是0.8N。原粗糙面提升两个钩码的拉力是0.9N。

在斜面裹上毛巾后测量提升两个钩码的拉力。与之前光滑面有较大区别,为1.2N,相差了0.4N。学生比较容易从实验数据上分析出坡度相同,光滑面比较省力。

6.自评

原实验器材中,斜面的光滑面与粗糙面的光滑程度相似,导致学生在测量两种斜面提升物体的拉力时数据非常接近,稍有误差就不能发现区别,不利于学生的出正确的结论。

经过多次改进发现,在测量完光滑斜面后,只要裹上一条毛巾,两端用橡皮筋固定,便可快速方面地改变斜面的光滑程度。学生多次实验证明,效果很明显,有大约0.4N的差别,这样大的区分度有利于学生得出正确的结论。


广东省广州市天河区长湴小学(510650)


该论文发表于中国教育学会科学教育分会会刊《科学课》2016.5