改進單擺　讓探究實驗更有深度

孫金鳳

科學教學離不開實驗和教具，教具的性能直接影響到實驗的效果。教師在教學中結合多年的教學經驗，創新改進性能差的教具，能更好地激發學生的探究興趣，使實驗效果更加明顯，巧妙突破教學重難點，讓實驗變得輕松有趣，極大地提高課堂效率。

探究活動是學生學習科學的重要方式，實驗探究又是科學探究活動的重要組成部分。在實驗探究中科學恰當地使用教具，是保證實驗順利進行的物質基礎。教師在教學中針對發現的問題，精心設計改進教具，能更好地幫助學生理解抽象、難懂的科學知識，提高教學效率，讓學生體驗科學探究的樂趣。

一、單擺的教學應用背景

單擺是小學科學實驗室的專用儀器，在青島版小學科學《擺的秘密》一課中，學生需要認識單擺，了解單擺的基本結構，多次做控制變量的探究性實驗，認識到同一個單擺，單位時間內擺動的次數是不變的。同時經過探究單擺擺動的規律，發現單擺擺動的快慢與擺幅的大小、擺錘的重量是沒有關系的，單擺擺動的快慢與擺線的長短有關，擺線越短，單位時間內擺動的次數越多。

二、傳統教學中單擺應用的不足

在研究《擺的秘密》一課時，傳統教學中，一般用實驗室現有的方座支架做支撐，用鎖、螺絲帽等隨意選擇的重物做擺錘，來引導學生進行研究。（見圖一）

學生運用這樣的實驗器材去探究單擺擺動的快慢與哪些因素有關、驗證擺幅大小對單擺擺動快慢的影響時，不同的擺幅只能估摸操作，沒有準確的數據，實驗不夠規范。在驗證擺錘輕重對單擺擺動快慢的影響時，鎖、螺帽等物體作為擺錘，很難判斷它們的重量，實驗不夠嚴謹。在驗證擺線長短對單擺擺動快慢的影響時，擺線的長短也沒有確切的長度，難以比較，各種各樣的擺錘，形狀各異，重心難以確定，對擺線的長短的確定也會有影響。因此，這樣的設計，學生在實驗操作時隨意性太強，只是進行大約的比較，實驗數據不明確，得出結論不夠嚴謹。為了獲得嚴謹的實驗數據，增強實驗的說服力，我對單擺進行了設計與創新。

三、單擺的改進與創新

改進后的單擺由三部分組成，分別是底座、支架和橫梁，底座用實驗室的方座支架的底座，在方座支架的支撐桿上安裝一個螺母作為支架，橫梁是帶有螺紋的圓形鐵條。這三部分可以自由拆裝、組合，便于實驗室器材的整理存放，節約空間。（見圖二、圖三）

在支架上安裝上亞克力板制作的模擬量角器和直尺的組合裝置。（見圖四）橫梁上有小孔，可以使擺線自如穿過，避免了擺線懸掛在橫梁上隨意移動的現象發生，保證了探究的科學性。（見圖五）

在支撐桿背面安裝有調節擺線長度的螺母，擺線的末端可以根據需要把擺線掛在不同的螺母上，輕松調節擺線的長短，提高課堂探究效率。（見圖六）

擺錘我選擇了重心比較明顯的球形，分別是不同材質的鐵球、膠木球和塑料球，它們的直徑相同但重量不同。球形擺錘便于確定重心，避免了其他形狀的擺錘重心難以確定對擺線長度的影響，同時相同直徑的擺錘使實驗探究更加嚴謹、科學。（見圖七）

在驗證擺幅的大小與擺動快慢的關系時，其他條件不變，各小組可以對照量角器，自主選擇不同大小的擺幅來多次驗證比較，實驗對比數據精確，操作規范。（見圖八）

在驗證擺線的長短與擺動快慢的關系時，讓擺錘自然下垂就能準確地得出擺線的長度，使擺線長度數據化。同時，可以通過改變擺線末端在支撐桿上鉤掛的位置，隨意調節擺線的長度，得到不同的擺長來進行驗證，節約了調整擺線長短的時間，增強了實驗的可操作性和準確性。（見圖九）

在驗證擺錘重量與擺動快慢的關系時，運用相同直徑，重量不同的鐵球、膠木球和塑料球來分別進行控制變量的實驗，實驗數據嚴謹規范，說服力強。

四、單擺的應用介紹

《擺的秘密》一課中，單擺的實驗改進，使本課的實驗操作更加簡單、規范，能準確地測定擺線的長短、擺幅的大小，獲得的數據更加精確，便于比較，降低了實驗誤差，增強了實驗的可操作性和準確性，使實驗結果更具說服力。經過課堂上學生的多次分組實驗驗證，課堂教學效果較好，提高了課堂的教學效率。

制作本教具所需的底座和支架都是實驗室現有的材料，亞克力板制作的量角器和直尺的組合裝置，造價低廉，制作簡單，且屬于不易損耗的材質，在實驗室可以多次循環使用。

工欲善其事，必先利其器。在科學實驗教學中合理地使用實驗器材，創新和改進教具是課堂教學的有效補充，能讓實驗探究更輕松、高效，讓實驗探究更具深度。

【本文系2020年淄博市教育科學“十三五”規劃重點課題“指向深度學習的小學科學中長期實驗探究活動的實踐研究”（課題編號：2020ZJZ017）的階段性成果】