巧用現代工具 突破實驗瓶

頸曹永鋒

隨著科學技術的不斷進步，各種測量工具的日益更新，一些科學探究活動中原本無法直觀測量的數據、較難發現的微小量變、看不見摸不著的現象，可以用非常直觀的方法去顯現，或間接測量出來。本文著重探討如何巧用家用微電子秤，改進實驗方法，進行小學科學拓展實驗，增強實驗顯像，突破實驗瓶頸，從而進一步激發小學生對科學探究的興趣。

探究力的存在

科學探究中相互作用力的大小及方向、磁場中力的作用、電荷間力的作用、水的浮力等，小學生們很有興趣去探究。但這些內容都極其抽象，孩子們很難去體驗和感知，常規的教學實驗也不利于他們對科學概念的掌握。我們引導學生用量程500g，最小稱量0.001g的家用微電子秤去探究力的存在，能突破難點，效果較為理想。

在探究“力的作用是相互的”的實驗中，實驗開始前，我們準備了兩臺微電子秤、兩塊條形木塊、固定支架及兩輛小車作為實驗器材。

將兩塊條形木塊分別固定在兩臺微電子秤上，再分別將它們固定在一輛小車支架上，將兩臺微電子秤的示數去皮歸零。

第一，讓兩塊條形木塊相互接觸不擠壓，微電子秤顯示數均為零。用于探究相互接觸且無擠壓的物體間沒有力的作用。

第二，讓兩塊條形木塊相互接觸擠壓，微電子秤均有顯示數且相等。探究力的作用是相互的且力的大小相等，方向相反，作用在不同的物體上。

第三，把兩塊條形木塊換成條形磁鐵和條形鐵塊，讓兩小車離開一定距離，電子秤均有顯示數（負數代表力的方向相反）且相等。探究相互不接觸的物體彼此間也有力的作用。

第四，若把兩塊條形木塊換成帶電金屬球，可以探究帶電物體間相互作用力之間的關系。

這樣設計的實驗，深入淺出，既有利于學生對科學概念的理解，又能增強他們的科學探究興趣。

在探究“水的浮力”的實驗中，我們準備了三臺微電子秤、固定支架、可升降支架、溢水杯、燒杯、金屬球作為實驗器材。

實驗過程中，將A微電子秤放在可升降的支架上，A微電子秤上放上固定支架，把金屬球掛在固定支架上，金屬球位置在溢水杯上方;B微電子秤放在A微電子秤右邊一點的桌面上，上面放上溢水杯，再在溢水杯里放適量齊口的水;C微電子秤放在B微電子秤右邊一點的桌面上，再在上面放一只小燒杯。A微電子秤在左邊，B微電子秤在中間，C微電子秤在右邊。先將三臺微電子秤去皮歸零，再讓左邊的A電子秤緩慢向下移，當金屬球浸入溢水杯的水中時，發現左邊A微電子秤的顯示數為負（受到向上的浮力作用），右邊C微電子秤的顯示數為正（受到水的重力作用），且絕對值相等;中間B微電子秤的顯示數不變。

通過實驗，我們發現A、C兩臺微電子秤一個示數為正、另一個示數為負的原因是水杯中的水對金屬球有向上的浮力，使左邊的整體部分 （包括支架和金屬球）對A微電子秤的壓力減小，而右邊C微電子秤由于溢水杯排出的水流入燒杯，導致燒杯對C微電子秤的壓力變大。同時可以發現兩個示數的大小是相等的，而B微電子秤顯示數不變。該實驗說明金屬球與水之間的力是相互的，且相互作用力的大小是相等的;金屬球受到的浮力大小F，等于排開的水的重力G。

探究微小量變

較難觀測的微小變量如金屬的熱脹冷縮、微量化學反應后的質量變化、力的作用使物體發生的微小形變等，以前我們在拓展教學過程中只能說教，無法用實驗去解除學生心中的疑惑。有了微電子秤，使得用非常直觀的現象去展現或間接測量成為可能。

科教版五下第二單元第五課《金屬熱脹冷縮嗎》中有兩個實驗，實驗一“觀察銅球的熱脹冷縮”，非常直觀，實驗后學生一下子明了。實驗二“鋼條的熱脹冷縮”，鋼條的微小變化孩子們很難發現。為此我們利用微電子秤設計了這樣的實驗。

在探究“金屬的熱脹冷縮”實驗中，先做一個木質底座，把電子秤豎直固定在底座左邊。在底座右邊開一條讓鋼條剛好可以穿過的小溝槽，調節鋼條使得其左端微微觸碰到電子秤的秤盤中心位置，此時電子秤讀數為100左右，用固定螺桿把鋼條牢牢固定。起先用酒精燈在鋼條中間位置加熱，不一會兒就可以看到微電子秤示數很快增加，撤去酒精燈，又會看到讀數逐漸變小;接下來用冰袋在鋼條中間降溫，不一會兒可以看到微電子秤示數漸漸減小甚至為零。本實驗可以把金屬熱脹冷縮這種不太明顯的現象，通過轉換法變成可測量的電子秤示數變化，直觀形象，讓學生有頓悟感。

物體在力的作用下會發生形變，有些形變非常細微，很難觀察到。為了能觀察到這些細微的形變，我們開展了“探究力的作用能使物體發生形變”的實驗。我們做一個木質底座，放上微電子秤，再墊上一層海綿（起緩沖作用，否則稍有震動就會有超出微電子秤量程的可能），壓上纖維板，然后把微電子秤去皮歸零。實驗時只要將微電子秤正上方的纖維板上輕輕向下一壓，就可以把一塊短且厚的纖維板的形變放大得很清晰，比“激光微小形變演示儀”效果好很多，可以作為研究微小形變的一個升級版實驗。

在探究完物體在液體中的浮力后，科學探究小組的學生們提出，物體在液體中受到浮力，熱氣球能升空，是不是熱氣球在空氣中也受到浮力？如果有，那么沒有升空的物體有沒有受到空氣的浮力？為此，我們設計了探索“完全浸在各種氣體中的物體會受到浮力”的實驗。

在微電子秤上安放一個打足氣的籃球（含一個氣球和一個打氣針），讀出示數M1。然后用打氣針把籃球和氣球連接起來，把籃球中的一部分氣體放入氣球內（注意不能漏氣，籃球需保持原來體積大小，勿癟），讀出示數M2。發現M1>M2，微電子秤的示數減小了，為什么會減小？是不是空氣的浮力？物體浸入水中的體積變大，受到的浮力也變大，這種情況是不是空氣的浮力大小在改變？孩子們有許多疑惑，就會有欲望繼續探究。

探究電磁鐵磁力的大小

磁力的大小較難測量，只能大致感知，我們設計了一個利用微電子秤探究電磁鐵磁力大小的實驗。

先把電池、開關、電磁鐵用導線連接起來，然后在微電子秤正上方放一根鐵棒，最后把電磁鐵懸掛于鐵棒正上方合適的位置上。實驗中如果微電子秤示數變小，說明電磁鐵磁性增強。

情況一：保持線圈匝數不變，增減電池節數，改變通過電磁鐵線圈中的電流大小，或者改變電流方向，觀察微電子秤的讀數變化。

情況二：改變線圈的匝數（匝數變化量1/3-1/2），保持電池節數不變，觀察微電子秤的讀數變化。

情況三：保持線圈匝數和電池節數不變，改變鐵芯大小，觀察微電子秤的讀數變化。

利用微電子秤探究比科教版六上第三單元中的范例實驗更具優勢。原先用吸引大頭針的多少來判斷磁力大小，不太好計數且計數花費時間過長;而且多次實驗后大頭針易被磁化，對吸引數量有很大影響，使得實驗結果不可靠。而利用微電子秤探究更直觀、更節時，受影響更小。

現代技術日新月異，作為一線教師要善于巧用現代技術，突破實驗瓶頸，敢于去改進教科書上的實驗范例。

（作者單位：浙江省杭州市蕭山區浦陽鎮徑游中心小學）

責任編輯：歐陽秀娟