“我們的小纜車”實驗器材改進

黃郁如

(深圳市寶安區西鄉西灣小學 廣東深圳 518000)

一、實驗內容

“我們的小纜車”是小學科學教科版五上“運動和力”單元第一課。玩具小車是學生都感興趣也是玩過的東西，但是他們并沒有用實驗手段研究過小車運動與力的關系。用重力拉動小車，拉力的大小可以測量而且容易控制，所以本單元第一課安排研究用重力拉動的小車，同時認識我們最常見的力——重力。本課有兩個活動：

第一，組裝用重力拉動的小車。在重力小車裝置中，鐵墊圈有重量，繩子對小車可以產生一個水平方向的拉力。改變墊圈的數量，就改變了重力的大小，也就改變了小車拉力的大小。第二，研究拉力大小與小車運動的關系。

本節課的教學目標設定如下：

(一)科學知識

1.知道物體受到足夠的力，才會運動；

2.理解物體受力越大，運動越快。

(二)科學探究

1.會用小車、線繩、墊圈組裝一輛“小纜車”，測量使小車運動需要的力；

2.學會使用數字計時器測量小車通過一定路程所需要的時間；

3.能通過實驗收集證據驗證并解釋拉力大小與小車運動快慢的關系。

(三)科學態度

1.注重用對比實驗的方法獲取準確的證據，用證據來證明觀點。

2.樂于分工協作，進行多人合作的探究學習。

(四)科學、技術、社會與環境

了解并意識到測量工具和技術的改進可以幫助我們更精確、更方便地進行測量。

二、存在問題

在實驗室上小纜車一課時，一般使用的是學具里材料，如圖1、圖2。

圖2 小纜車在拼接實驗桌上運行

很多教室和實驗室的桌子都是拼接而成的，如果直接讓小車在桌面上運動，會有以下問題：桌面不平整，有縫隙，小車運行的時候縫隙會對小車產生障礙；小車的繩子和桌子以及桌子邊緣摩擦；小車容易掉下桌子損壞，且難以計時，實驗誤差大。因為這些問題，有些小組通常要重復好幾次實驗才能完成，且實驗存在很大的誤差。因此，我重新設計制作了小車的跑道，如圖3。

圖3 改進的跑道

三、改進方法

新的跑道由表面光滑程度適宜的長條木板做成，跑道的起點和終點都設置了擋板，終點擋板上加裝了滑輪。

與桌面比較，這一跑道有以下幾個優點：

1.跑道平整，減少阻力；

2.滑輪和小車系繩子處高度一致，減少誤差。跑道的終點讓繩子繞過滑輪，這樣可以確保小車在跑的過程中不會跑偏，還能減小棉繩與跑道接觸產生的摩擦，從而避免因摩擦力過大導致小車停止運動的問題；

3.跑道的起點和終點都設置了擋板，避免小車摔壞；

4.有了起點和終點，學生可以用秒表準備計算時間，實驗更容易操作。

四、課堂實錄

(一)談話引入

師：在今天的課上，老師給大家準備了小車、吊繩和一些墊圈。借助這些材料，我們可以做些什么？

生：掛上墊圈，讓小車運動起來。

師：墊圈為什么可以拉動小車呢？

師：墊圈的重力通過繩子轉化成對小車的拉力。

師：重力這個詞用得真準確！哪位同學有了解過重力？

生：……

師：在地球上，由于地球引力的作用，所有物體都受到一個豎直向下的力，這個力就是重力。(簡單舉例說明)

(二)展開探究

1.多大的拉力才能使靜止的小車運動起來？

師：這節課我們就利用墊圈的重力轉化成對小車的拉力，讓小車運動起來。因為小車容易掉，黃老師特意設計了一個跑道，跑道前后有擋板，尾部還有一個滑輪，繩子可以從上面經過，方便小車運動。現在我想請一位同學給小車掛上一個墊圈，你們猜猜看小車運動情況會怎樣？

生：一小段距離、不動、動起來。

師：誒，小車沒動，為什么？

生：不夠重。

師：那要繼續掛才行。你們覺得要少掛幾個墊圈，小車才運動起來呢？我們一起來預測一下。

生：3個、6個……

師：一會兒每個小組都有一套材料，我們想要知道各組的小車要受到幾個墊圈的拉力才能運動起來，可以怎么做？

生： 一個一個掛上墊圈，看多少個能讓小車運動起來。

師：大家同意嗎？他說到了重點，看探究一記錄表，要一個一個掛，那多大的拉力能讓小車運動起來呢？

各組數據出來后，請組長把小組數據寫在這個總表上，對探究一還有不明白的地方嗎？沒有的話我們就開始實驗。

師：看到這些數據，有沒有什么想法要跟同學們分享？

生：要使小車運動起來需要一定的重量，一定的拉力。

師：是啊，小車要受到足夠的力才會運動。小車受到足夠大的力才會運動起來，生活中還有其他類似的例子嗎？想一想，看還能列舉出哪些事例？

師：看來，不光小車，各種物體都必須受到足夠的力才會運動。

2.小車運動快慢與受力大小有什么關系？

師：剛才我注意到有的小組在完成探究一之后，又進行了更多嘗試，比如增加了墊圈的數量，好像有新的發現，有誰愿意分享一下？

生：加越多的墊圈，小車運動速度越快。

師：你們組呢？你們呢？看來很多小組已經注意到拉力大小與小車運動快慢的關系。

你們說物體受到拉力越大，運動越快是怎用什么發現的呢？(板書：物體受到拉力越大，運動越快)

生：用眼睛看。

師：科學探究需要通過觀察、實驗等多種途徑來獲得事實和證據，在這個探究中，僅用觀察就得出結論，是否嚴謹呢？那要怎么才能獲得可靠的、有說服力的證據來證明我們胡猜想是否正確，可以怎么做？(實驗測量、收集證據)

師：是的，我們還需要測量工具——秒表，想想可以測量什么？怎樣測量才能保證公平性？也就是說在做這個對比實驗室，我們要注意哪些條件改變，哪些條件不改變？那怎么測量才能保證準確性呢？操作過程要注意什么？

生：下面先請各小組討論一下，等會再分享你們的方案。(小組討論)

師：哪個小組的同學先來說說你們的初步方案？有沒有什么建議要補充？

生：不變的條件：行駛的路程、跑道光滑程度、小車運動方式、小車重量；

改變的條件：墊圈的數量。

實驗過程要注意小車和秒表計時要同時。

師：集體的力量真大，這個實驗方案大家已經考慮得很全面，下面有一個操作視頻給大家參考。(播放視頻)對于這個實驗，還有不明白的地方嗎？如果中途有不明白的可以查閱實驗指南，并舉手問老師，請組長上來領取補充材料，開始實驗。

學生分組實驗，教師巡視輔導。

研討：

1.你們小組的數據呈現的變化趨勢和其它小組相比是否相同，有沒有不同的地方？

2.如果有不同？你覺得可能的原因是什么？

3.今天我們10個小組的實驗數據都有共同的規律，現在要給這個探究下一個結論，可以怎么說？

生：運動時，物體受到的拉力越大，運動越快。

(三)引出新的探究問題

師：你們看，小小的一輛車里蘊含著這么多的科學。這節課用墊圈的重力作為拉力讓小纜車運動起來，其實啊，還有其他的動力也能讓我們的小車運動起來，下一節課我們繼續研究。

五、評價反思

(一)實用性。新跑道結構簡單，性能穩定，外形美觀，可重復使用。

(二)科學性。使用學具里的小車做實驗，學生只能憑感官來判斷小車運動的速度快慢，即使用秒表計算小車運動時間，因小車容易沖出桌面，導致難計時，實驗操作不便，也會導致誤差。使用新的跑道，起點終點固定，學生容易操作，便于及時收集有效數據，也讓學生明白測量會有誤差，我們要盡可能控制誤差，取得的數據才是可信的，要讓孩子們有這樣一個科學上的要求，讓他們對科學測量有比較深刻的認識。這也是讓學生明白科學的結論是如何得出的，從而讓他們對科學本質的理解更深入一些。

(三)高效性。這個實驗學生需要多次測量，并用計算器計算平均值，最后每個小組需要將數據繪制在折線圖上進行數據分析，如果用原來的桌面和小車實驗，一節課無法完成這么大容量的教學內容。使用新跑道值周，學生實驗操作的效率提高，有利于教學推進。

(四)啟發性。使用新跑道，效率提高，完成實驗的小組會繼續探究，他們嘗試加大繩子的拉力，看小車運動速度會有怎樣的變化。這個改進的材料引發學習興趣和思考，適于探究式教學，有利于學生主動參與、互動、合作交流。

本次材料改進的重點在跑道上，而本單元“運動和力”多次用到小車，第2課時，用彈力驅動小車；第3課時，用反沖力驅動小車等，今后將在小車的性能上進行研究，將小車改造成多功能小車。