引導學生經歷科學實踐過程

探索兒童的科學之二十六

《擺的研究》是一節非常典型的科學探究課，在本節課的教學活動中，我試圖充分引導學生經歷完整的科學實踐過程。

一、注重本課在《時間測量》單元的地位與作用

《時間測量》單元要求學生使用一些測量時間的重要器材做實驗，使他們在研究、制作計時工具的實踐過程中，了解計時儀器的發展史，認識技術對人類社會發展的作用。本單元前五課是了解認識一些計時工具，并知道它們的相關發展史。后三課是研究制作具體的計時工具，指導學生對擺鐘的制造原理和設計進行更為深入的研究和探索。《擺的研究》是后面部分的起始課或基礎課，是為后面的制作打基礎的。在設計這節課的時候，一定要考慮擺的研究在時間測量上的意義，不能只是為了研究擺擺動的規律。

另外，從實踐的角度來說，擺的研究給孩子們創設了一個實踐的情境，通過對擺的研究，學生能不能設計一個具有等時性的工具來計量時間呢？如果學生整體設計思路和他們的研究過程，論證的核心是建立在這個基礎之上的，則這節課就是有價值的，這對學生理解擺鐘原理和設計制作擺鐘起著重要的作用。

二、依據學生實際水平有效處理教材

1.合理取舍教學內容

之前，學生們已經觀察過擺鐘的擺和自己的擺，他們會聯想到擺的快慢可能與擺錘、擺線、擺幅等因素有關。本課學生將就擺的快慢與什么因素有關進行討論與思考，并驗證自己的一些猜測，在探究的過程中排除一些猜測，修正自己的想法。如果每組同學對每個猜想都進行驗證，課堂時間不夠，而且從猜想到驗證，學生往往只是關注實驗過程，容易忽視事先制定的實驗方案。針對以上問題，我將本課教學活動定位于“研究擺的快慢與什么因素有關的實驗方案設計、實驗和交流”上面。對于擺錘、擺線、擺幅因素，讓學生自主選擇確定一個因素進行深入研究，這樣就保證了學生在課堂上能夠扎實有效地開展探究活動，而不是停留于表面上的熱熱鬧鬧，又讓學生懂得舉一反三，在課外能更好地開展探究活動。

2.創新設計“擺長”實驗

在探究“擺長”這個因素時，教材上是用“繩長”或“擺繩長度”替代“擺長”這個術語進行表述的。這樣設置的意圖是讓學生通過實驗和對數據的分析，認識到影響擺動快慢的因素是“擺繩的長度”——越長越慢，越短越快。這個貌似正確的結論是否就是科學的結論呢？我設計了一個新的情境使學生產生認識沖突——繩長相同時，擺的快慢怎么又不同了？為避免擺錘重量不同的問題，此處材料選用相同大小的兩塊橡皮泥，一塊捏成球形，另一塊捏成長條形。擺繩的下端分別掛個回形針以固定橡皮泥。讓學生在這兩個擺錘上用牙簽把重心表示出來（球形的重心在球心處，長方形的重心在兩條對角線的交點上），這樣就容易闡明擺繩長度與“擺長”是不同的概念了。

3.注重實驗細節

（1）在研究擺的快慢與擺繩長度關系時需要二次系繩，使用彈性差且較柔軟的棉線，摩擦力更小一些，實驗效果更準確；用小夾子直接夾在鐵架臺的橫梁上，就不需要系繩，可快速增加繩長，不會讓學生認為不是同一個擺，提高了實驗的公平性，節省了探究時間。

（2）在研究擺的快慢與擺錘重量關系時，一般用重量一樣的螺帽直接掛在鐵絲折成的掛鉤上來成倍地改變重量，但是螺帽的重疊無形中增加了擺長。如果用重量一樣的環形磁鐵代替螺帽作擺錘，增加擺錘重量時直接將環形磁鐵輕輕地吸在側面就能改變擺錘重量，保證了擺長的一致，控制了變量，大大提高了實驗的準確性。

（3）在把擺幅當成不變量研究其他變量時，用量角器將擺幅控制在5度內。擺幅本身就是一個變化著的因素，每一次來回擺動肯定是不一樣的。事實上，在高中的物理中，擺幅小于5度的單擺運動是簡諧運動，振動周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比。單擺的振動周期跟振幅的大小沒有關系，即在擺幅小于5度的前提下，單擺的振動周期都相同。單擺才具有等時性與周期性，也就是幅度越大，擺的速度越快，這樣才能在相同時間內擺的次數一樣。

所以，小學科學的實驗，單憑實驗室的儀器是遠遠不夠的，有很多實驗材料需要教師提前收集、加工制作，才能提高實驗的精確度。

三、用科學的數據處理形成證據鏈

本課教學，常會遇到因收集的數據千差萬別而無法得出科學結論的窘況。為了避免上述情況，我重點關注以下三個方面，以便快速形成證據鏈。

1.尊重每組數據的真實性

本課在研究擺的快慢與擺錘重量關系時，教師把各組數據記錄表投影展示，各種重量的擺錘在相同時間內擺動次數差不多，但有一組明顯地顯示擺錘越重，相同時間內擺動次數越少。這時，教師不能直接說這個組的數據是錯誤的，而要引導所有學生尋找這組數據出現問題的原因，分析是實驗方法錯誤還是實驗器材導致的。發現問題后，再讓這組重新做實驗，也給其他組提供一個錯誤的實例，免得大家發生同樣的問題。

2.數據處理要快速、高效

數據的匯報和展示能否高效，直接關系到分析研討能否深入展開，影響到整堂課能否實現深入探究。本課中，研究擺的快慢是否與擺錘重量、擺繩長度有關的兩張記錄表格，里面的數據有很多項，如果讓學生口頭匯報，不僅費時，而且不易聽明白。而采用實物投影的方法，短短幾分鐘，不論是橫向處理還是縱向處理數據，大家都了然于心。

3.機智處理實驗誤差

本課中最容易出現的是誤差問題。在學生研究擺長時，15秒內擺擺動次數相差1次，第二次實驗相差2次，第三次又相差1次，那么到底相差1次是誤差還是實驗結果，許多學生認為這是實驗的結果。此時，應該引導學生多測試幾次，并延長測試時間，如果15秒相差1次，那么再做1次，30秒相差多少？1分鐘是不是相差4次？假如1分鐘相差4次，那就是實驗的結果，假如1分鐘也只是相差1次呢？那就是誤差，學生一試便知。

四、注重培養學生科學實踐的學習方法

科學學習是以科學探究為核心，引導學生經歷科學實踐的過程。讓學生充分經歷“問題發現——猜測假設——方案設計——實驗探究——數據分析——得出結論——解決問題——產生新問題——拓展研究” 這樣的科學實踐過程是至關重要的。

本課中，我注重培養學生科學實踐的學習方法，比如：學生通過游戲比賽的形式玩擺，發現不同的擺在相同時間內擺動次數不一樣，從而引出問題；有理有據地猜想擺的快慢和什么因素有關；設計實驗以小組為單位選擇一個最感興趣的猜想為研究內容，先自己思考如何設計實驗驗證猜想，再小組討論如何完成實驗，最后小組展示實驗方案，全班交流并集中篩選最佳方案；實驗驗證放手讓學生自主探究合作完成，讓他們學會科學地進行實驗、合理分工、合作探究、數據分析等方法，養成科學探究的良好習慣；解決兩個擺繩一樣而擺錘不一樣的擺擺動快慢問題時，學生發現實驗現象與之前所得到的結論沖突而產生新問題，再次設計實驗進行探究，得出最終結論。

在課后研討時，浙江慈溪王燕鋒老師認為：“可以用擺動相同的次數，看它使用時間的多少來說明擺動的快慢。”北京賈欣老師認為：“在設計這節課的時候，一定要考慮這個單元叫做時間的測量，而不是為了研究擺到底有怎樣的規律……孩子們始終在關注等時性這個問題，我覺得老師引導時在這個點上有考慮、有設計，還可以把這件事做得更好。”深圳童海云老師建議可以借助“點陣圖”對數據進行科學分析，浙江喻伯軍老師提到的如何正確看待“誤差”問題等，都給我提供了新的思路，也為后續進一步完善本課研究指明了方向。