幾種電子測量工具在科學實驗中的應用

張景亮

【摘?要】科學來源于生活，用于生活，在科學實驗教學中，很多實驗材料也來自生活。同樣，一些來自生活中的工具也能很好地運用在科學實驗里，特別是一些電子測量工具，如電子秤、電子溫度計、電子萬用表和電子分貝儀等，它們操作簡單，使用方便，測量數據精確，可以讓實驗過程更簡短，實驗結果更明顯，實驗方法更多樣。

【關鍵詞】小學科學;科學實驗;電子測量工具

在2017版的小學科學課程標準里，“小學科學課程是一門實踐性課程”[1]被列為了小學科學課程的性質之一，要求把探究活動作為學習科學的重要方式，強調探究實踐要從學生熟悉的日常生活出發。而在日常生活中，很多材料都成為了小學科學的實驗探究材料，讓學生在熟悉的材料里開展探究活動，能讓探究活動開展得更順利、更有效。同樣，如果筆者們在實驗探究活動中利用一些生活中的電子測量工具（例如廚房用的電子秤，測油溫的電子溫度計，測聲調的分貝儀和電器維修用的數字萬用表等）去進行探究活動，可以讓實驗數據更精確，實驗結果更明顯，實驗過程更簡短。

一、電子測量工具結果輸出精確，可以避免讀數誤差

在小學科學實驗里，經常會用到溫度計、測力計等測量工具，而這些測量工具都是以刻度顯示數值的，不僅弄錯了刻度代表的數值會造成實驗結果錯誤，就算是看刻度的方法錯了，也會出現一定的數值誤差。

在教科版小學科學五年級下冊《沉和浮》單元中，有很多節課要用到測力計去測量物體在水中受到的浮力，在“下沉的物體是否受到水的浮力”實驗中，學生分組去測量體積一樣的一塊金屬塊在水中受到的浮力，有的小組測出來的結果是0.1N，有的小組測出結果的是0.09N，有的小組測出的結果是0.11N，為什么會出現這種情況呢？原來是學校實驗室配置有三種平板測力計，三種平板測力計的量程分別為0.5N、1N、2.5N，量程為0.5N的測力計每小格代表的數值是0.01，量程為1N的測力計每小格代表的數值是0.05，量程為2.5N的測力計每小格代表的數值是0.1，根據不同的實驗需求，筆者會提供不同量程的平板測力計給學生使用，而測量水的浮力要求測量結果比較精確，所以筆者提供了量程為1N的測力計給他們去測浮力。在實驗過程中，由于測力計的刻度很密，如果有的小組看測力計時沒有平視去看測力計的刻度，而是稍微有點俯視或仰視，實驗數據的誤差就很容易產生。由于沒有平視去看測力計造成的實驗數據誤差不算很大，如上面提到的0.09、0.1、0.11，相差也就是0.02。但如果是混淆了每格代表的數值，如把量程為1N的測力計每格代表的0.05跟量程為0.5N的測力計每格代表的0.01N混淆了，就會造成很大的誤差，這種錯誤現象在實驗中并不少見。為了解決這個問題，筆者采購了一批手提式的電子秤來代替平板測力計進行實驗，由于電子秤輸出的讀數是數字，不存在看錯刻度的問題，有效避免了讀數誤差。

用刻度表示數值的測量工具弄錯了刻度代表的數值或者看刻度的方法不正確，都會造成測量數據的差異。而電子測量工具輸出的數值都是用數字表示的，1就1，2就2，看見是多少就是多少，還不涉及從哪個角度去看的問題，因此可以有效避免讀數的誤差，讓實驗數據更精確有效。

二、電子測量工具反應靈敏，可以讓實驗結果更明顯

小學科學的不少實驗是通過實驗數據的變化來探究實驗變化的，例如有關溫度變化的實驗和力量變化的實驗，但由于實驗儀器的反應靈敏度問題，卻很難及時看出實驗的明顯變化。

在教科版小學科學五年級上冊《光》單元中，有一個“探究不同顏色物體吸熱能力”的實驗，方法是用不同顏色的紙或布包著玻璃溫度計的液泡，再把包好的溫度計放在陽光下面曬，每隔兩分鐘去記錄一次溫度計的溫度，在實驗的前6分鐘，可以看到不同顏色材料包住的溫度計的溫度都在上升，但隨著時間的推遲，溫度變化就越來越慢，特別是淺顏色的物體，很難看出溫度在變化。后來筆者用了電子溫度計來做這個實驗，溫度的變化就明顯多了。由于電子溫度計最小的溫度變化可以精確到0.1℃，當把用不同顏色材料包著的電子溫度計放在陽光下時，開始的時候可以看到溫度計的數字每隔10秒左右就變一次，特別是深顏色材料包的電子溫度計，溫度變得特快，就算過了10分鐘，電子溫度計的溫度變化還能看出來，在有云擋住了太陽時，電子溫度計的讀數變小了都可以顯示出來。這比用玻璃溫度計來做實驗的效果更明顯，更容易讓學生看得見顏色越深的物體溫度升得越快。

在教科版小學科學五年級下冊《沉和浮》單元中，在做物體在水中受到的浮力實驗時，如果用普通的平板測力計勾著物體慢慢放進水中，測力計的讀數變化并不明顯，但用手提式的電子秤來做這個實驗時，隨著物體浸入水中的體積不同，電子秤的讀數馬上就會不同，及時顯示出物體在進入水的過程中浮力的變化情況。

電子測量工具，由于它們反應靈敏，輸出數值快，在一些研究實驗變化趨勢的實驗中，差不多可以實時看到實驗的變化數據，讓實驗現象更明顯，結果更有效。

三、電子測量工具操作方便，可以讓實驗過程更簡短

生活中的電子測量工具面向的都是普通老百姓，所以都有操作方便的特點，一般都是只有兩三個按鈕，一是開關鍵，二是單位轉換鍵，三是復位（歸零）鍵，比起一般的儀器要容易操作，比測力計的歸零，天平的平衡調試等要簡單多了。

《空氣有質量嗎》和《一袋空氣的質量是多少》是教科版小學科學三年級上冊《空氣》單元中的兩節課，課本的方法是用簡易天平去測量小球里的空氣質量，由于空氣的質量很小，受簡易天平的靈敏度等因素影響，很難得出想要的結論，所以課本提示學生在實驗失敗后可以用天平或電子秤去測量空氣的質量，去測量一個加氣前和加氣后的小球質量。用天平來做這個實驗，對于三年級的學生來說難度比較大。一是天平的調試要花不少時間，二是把小球放到天平后，三年級的學生很難再次把天平調平衡。在一節區級的公開課上，為了解決這個問題，老師把每個組的天平都提前調到了平衡狀態，這種操作減少了學生的操作難度，卻增加了老師的工作量。筆者做這個實驗使用了廚房用的電子秤來進行，讓學生把加氣前的小球放在電子秤上稱一次，加滿氣的小球再放在電子秤上稱一次，再把兩次稱出來的結果相減，就能算出小球里空氣的質量。學會這種方法后，再讓學生回家測量一袋空氣的質量，學生回家會有的用小塑料袋來做，有的用大塑料袋來做，都能測出一袋空氣的質量是多少，效果很明顯。

電子測量工具有操作簡單，使用方便和精度高的特點，把它用在相應的實驗中，可以節省實驗設備的調試時間，使實驗變得簡單的同時也大大縮小了實驗時間，讓課堂實驗教學更有效。

四、電子測量工具適應范圍廣，可以讓實驗方法更多樣。

生活中的電子測量工具由于是在生活中使用，所以一般都沒儀器室的測量工具那么“矜貴”，而且使用范圍廣，量程大，因此可以讓實驗方法更多樣。

在教科版小學科學五年級下冊《熱》單元中，有一個熱傳導的實驗，實驗方法是把一根有孔的鐵棒的一端用架子固定，然后再把4根小棒用凡士林或蠟黏在鐵棒的小孔里，跟著用酒精燈加熱鐵棒的另一端，觀察小棒掉下來的順序。這實驗看起來很好做，實驗結果猜起來也很明顯，小棒肯定是從離酒精燈最近的那一根開始依次向著架子的方向逐根掉下來。但在課堂實驗中，由于學生在每個孔上用凡士林的量有多有少，出現離酒精燈遠的小棒先掉下來的現象也不少，讓“在固體中熱是從溫度高的地方傳到溫度低的地方”的實驗結論大打折扣。為了解決這個問題，筆者考慮到了能不能直接把溫度計插進鐵棒的小孔去測溫度，如果用一般玻璃溫度計肯定不行了，除了玻璃可能會爆裂，它的量程也不夠，后來筆者就想到了在廚房用來測油溫的電子溫度計，它的探頭是金屬做的，量程最高可以測500℃，完全可以勝任這個任務。因此筆者就把4支電子溫度計的探頭插進了鐵棒的4個小孔里，實驗結果很明顯，離酒精燈火焰最近的那支溫度計首先升溫，跟著離酒精燈火焰第二近溫度計接著升溫，最后升溫的是離酒精燈火焰最遠的那支溫度計。當離酒精燈火焰最遠的那支溫度計開始升溫時，離酒精燈火焰最近的那支溫度計溫度已達285℃，從這個溫度來看，一般的玻璃溫度計是做不到的。

在教科版小學科學四年級下冊《電》單元中，課本提到了電壓、電流，電壓太高或電流太強都會把小燈泡燒了，但如果只用小燈泡來做實驗，學生是看不不到電壓電流變化的，所以在實驗中筆者用到電子萬用表，筆者會把它用在串聯電路和串聯電池的實驗里，在串聯小燈泡的實驗里，筆者會把電子萬用表和小燈泡一起串聯到電路中，小燈泡串聯得越多，萬用表顯示的電流就越弱。在串聯電池實驗里，筆者用它來測串聯電池的電壓，每串聯多一個電池，電壓就增加1.5v，從而把看不見的電流和電壓可視化，效果很明顯。

生活中電子測量工具，為了適應不同的使用情景，它的制作材料、使用條件和測量量程都比實驗室里的適用范圍更廣，根據不同的實驗環境去設置，它們可以勝任多種多樣的實驗。

五、電子測量工具價格便宜，容易普及，但可供選擇的種類不多

生活中電子測量工具，為了適應生活需要，進入更多的家庭，一般都是100元以下即可買到，但可以選擇到科學實驗里用的卻不多。筆者在科學實驗中除了用到電子溫度計、電子秤和電子萬用表外，筆者還用到了電子式的分貝儀。

電子式的分貝儀，筆者會用在與聲音有關的實驗，例如在教科版小學科學四年級上冊《聲音》單元中，要求學生知道聲音有高低、強弱的變化規律，能夠想辦法讓物體發出強弱、高低不同的聲音，對于聲音的強弱學生很容易理解，但聲音的高低卻很容易跟強弱混淆，不少學生把聲音強的當作了聲音高。而在一些聲音高低相差不大的實驗中，聲音的高低學生很難聽出來，這時如果用分貝儀來測量，結果很快就會出來，因為它把聲音變成了數字，只要通過數字的比較出就能分清哪個聲音高，哪個聲音低。

通過了好幾年的研究實驗，筆者用以上幾種生活中的電子測量工具去改進和設計了不少實驗，并取得了一定的成效。但由于它們都是生活中應用的測量工具，所以在使用中也碰到不少問題，例如電子秤，它有千克、斤和磅這些適合生活使用的單位，卻偏偏沒有力的單位—牛頓，測磁場強弱和空氣濃度等一些較專業的簡單電子測量工具在生活中很難碰到，就算有得賣也很貴。一遇到這些問題，筆者就會想到了正在推行而且高大上的數字傳感器，它們種類齊全，功能更強，不過價格實在也是太高了，一般的學校根本配置不起，期待有良心企業能生產出一套面向小學科學實驗，種類齊全，價格親民的電子測量工具出來給小學科學老師使用，讓小學科學的探究實驗更簡單、更多樣、更有效。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定. 義務教育《小學科學課程標準》2017版：2-2.

（作者單位：廣州市越秀區秉正小學）