關于小學科學兩個實驗的定量分析

科學是一門自然科學，實驗的探究與驗證對深化小學科學學科的教學具有重要而現實的意義;而實驗結論的正確得出，對深化科學知識的認識、強化知識在生產生活中的正確應用具有不可替代的重要作用。受限于小學生的數學知識的準備，小學科學中的實驗結論更多的是定性描述，強化的是學生的感性認知。而對于教師而言，則應該在學生感性認知的基礎上更進一步，在充分收集數據的基礎上經過分析與論證，盡可能的對實驗結論進行定量分析，從而更深刻的認知實驗現象的本質。本文將通過兩個具體的實例來闡述數據分析與定量分析的重要性。

關鍵字：斜面傾角? ?滾動摩擦? ?滑動摩擦? ? 正比? ?反比

實例一：通過對斜面實驗的數據分析與處理，深刻認識斜面的省力情況與斜面傾角的關系。

探究斜面的省力效果與斜面傾角的關系是六年級科學探究實驗中一個很重要的實驗;本實驗要求學生測量出物體的重力及沿坡度不同的斜面向上勻速拉動物體時的拉力，通過比較物重與拉力的大小，得出利用斜面可以省力的結論;通過比較不同坡度下，拉動物體沿斜面勻速運動時的拉力大小，得出在粗糙程度相同時，斜面的坡度越大，省力效果就越差的結論。但在對實驗數據的分析處理中，我們發現實驗的結論并不是如此的簡單。

在實驗中不斷改變斜面的坡度，每一次都勻速拉動塑料盒沿斜面上升，實驗數據如下表：

通過實驗數據我們可以發現一個反常的現象，即隨著坡度增加的過程中，拉力的變化是先變大后減小的;現就這一現象的出現原因進行理論上的推導與說明。

由于物體做勻速直線運動，故受力平衡，列出平衡方程得：

如果把物體換成小車，實驗結論又是怎樣的呢？實驗中測量出的數據如下表所示：

通過分析實驗數據可知，當沿斜面勻速拉動小車時，隨著斜面傾角的增大，拉力也隨之始終增大;為什么沿斜面拉動物體與拉動小車得出的實驗結論有所不同？其問題的核心在于二者與斜面的摩擦力不同，拉動小車時，車輪與斜面的滾動摩擦非常小，幾乎可以忽略不計，此時拉力F的大小關系為：F=mgsinθ，在0°與90°的范圍內，sinθ始終是遞增的，從而導致拉力F也持續的增大。而塑料盒與斜面之間的摩擦是滑動摩擦，其摩擦力遠遠大于滾動摩擦力;就是因為與斜面的摩擦力形式的不同，導致了拉力大小隨斜面傾角變化的不同。

綜上所述，我們可以得出結論：當沿斜面拉動物體時，如果物體與斜面的摩擦是滑動摩擦，則斜面的省力效果是隨斜面傾角的增大先變差后變好的;如果物體與斜面是滾動摩擦，則斜面的省力效果隨斜面傾角的增大而變差。因而我們在實驗教學時，一定要注意實驗的細節處理與關注，對實驗數據要進行精密的分析與論證，以更好的解釋實驗現象的本質。

實例二：通過實驗數據的準確測量，對影響物體彎曲程度的因素從定性描述到更準確的定量描述。

材料抵抗彎曲能力的大小在日常生活和工程設計中具有重要的應用;小學科學六年級教材中，專門安排了學生探究實驗來研究材料抵抗彎曲的能力與什么因素有關;局限于小學生的數學能力，教材并沒有要求學生對材料抵抗彎曲能力的大小進行定量的描述。如果教師能在學生實驗的基礎上進行數據的準確測量，從而對材料抵抗彎曲的能力大小有一個定量的認識，無疑會大大深化對知識的認知。為此，我進行了如圖3所示的實驗：在本實驗中，把長方形薄片的中心下降高度h作為材料彎曲程度大小的量度，h越大，表明彎曲程度越大;h越小，表明彎曲程度越小。

實驗探究一：探究彎曲程度h與材料所受壓力F的關系;在實驗中保持材料的寬度、兩支點間的跨度、厚度不變，只改變材料中心所受壓力F的大小。在材料中心橫放一圓柱體，通過向圓柱體中放入細沙的多少來改變材料所受壓力的大小。

通過表中數據可知，h/F=k（k為常數），從而我們可以得出結論：彎曲程度h與壓力F成正比。

實驗探究二：探究彎曲程度h與材料寬度b的關系;保持材料中心的壓力、材料種類、厚度、兩支點間跨度不變，改變材料的寬度，實驗數據如表中所示：

通過實驗數據可知，bh=k（k為常數），我們可以得出結論：彎曲程度h與寬度b成反比;即物體的寬度越大，彎曲程度就越小，抵抗彎曲的能力就越強。

實驗探究三：探究彎曲程度h與兩支點間跨度L的關系;保持材料中心的壓力、材料種類、厚度、寬度不變，改變材料兩支點間跨度L，實驗數據所示：

通過表格中的數據可知，支點間的跨度L越大，彎曲程度h就越大，抵抗彎曲的能力就越弱。但h是否與L存在著定量關系呢？不妨設

通過上面的兩個實例我們可以看出，定量分析不僅可以化繁為簡、深化對知識的本質認知，還可以從深層次澄清一些似是而非的實驗結論，讓實驗的結論更具嚴謹性和嚴密性;因而較強的數學能力、較好的數據處理技巧是一名科學教師必備的基本素質。

興山縣峽口鎮中心小學 向龍