巧用現(xiàn)代工具 突破實(shí)驗(yàn)瓶

頸曹永鋒

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種測(cè)量工具的日益更新，一些科學(xué)探究活動(dòng)中原本無(wú)法直觀測(cè)量的數(shù)據(jù)、較難發(fā)現(xiàn)的微小量變、看不見(jiàn)摸不著的現(xiàn)象，可以用非常直觀的方法去顯現(xiàn)，或間接測(cè)量出來(lái)。本文著重探討如何巧用家用微電子秤，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行小學(xué)科學(xué)拓展實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)顯像，突破實(shí)驗(yàn)瓶頸，從而進(jìn)一步激發(fā)小學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣。

探究力的存在

科學(xué)探究中相互作用力的大小及方向、磁場(chǎng)中力的作用、電荷間力的作用、水的浮力等，小學(xué)生們很有興趣去探究。但這些內(nèi)容都極其抽象，孩子們很難去體驗(yàn)和感知，常規(guī)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)也不利于他們對(duì)科學(xué)概念的掌握。我們引導(dǎo)學(xué)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(diǎn)，效果較為理想。

在探究“力的作用是相互的”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)開始前，我們準(zhǔn)備了兩臺(tái)微電子秤、兩塊條形木塊、固定支架及兩輛小車作為實(shí)驗(yàn)器材。

將兩塊條形木塊分別固定在兩臺(tái)微電子秤上，再分別將它們固定在一輛小車支架上，將兩臺(tái)微電子秤的示數(shù)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(shù)均為零。用于探究相互接觸且無(wú)擠壓的物體間沒(méi)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(shù)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(shù)（負(fù)數(shù)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(guān)系。

這樣設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，深入淺出，既有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解，又能增強(qiáng)他們的科學(xué)探究興趣。

在探究“水的浮力”的實(shí)驗(yàn)中，我們準(zhǔn)備了三臺(tái)微電子秤、固定支架、可升降支架、溢水杯、燒杯、金屬球作為實(shí)驗(yàn)器材。

實(shí)驗(yàn)過(guò)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(diǎn)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(diǎn)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(tái)微電子秤去皮歸零，再讓左邊的A電子秤緩慢向下移，當(dāng)金屬球浸入溢水杯的水中時(shí)，發(fā)現(xiàn)左邊A微電子秤的顯示數(shù)為負(fù)（受到向上的浮力作用），右邊C微電子秤的顯示數(shù)為正（受到水的重力作用），且絕對(duì)值相等;中間B微電子秤的顯示數(shù)不變。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)A、C兩臺(tái)微電子秤一個(gè)示數(shù)為正、另一個(gè)示數(shù)為負(fù)的原因是水杯中的水對(duì)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(duì)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(dǎo)致燒杯對(duì)C微電子秤的壓力變大。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)示數(shù)的大小是相等的，而B微電子秤顯示數(shù)不變。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(cè)的微小變量如金屬的熱脹冷縮、微量化學(xué)反應(yīng)后的質(zhì)量變化、力的作用使物體發(fā)生的微小形變等，以前我們?cè)谕卣菇虒W(xué)過(guò)程中只能說(shuō)教，無(wú)法用實(shí)驗(yàn)去解除學(xué)生心中的疑惑。有了微電子秤，使得用非常直觀的現(xiàn)象去展現(xiàn)或間接測(cè)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(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)一“觀察銅球的熱脹冷縮”，非常直觀，實(shí)驗(yàn)后學(xué)生一下子明了。實(shí)驗(yàn)二“鋼條的熱脹冷縮”，鋼條的微小變化孩子們很難發(fā)現(xiàn)。為此我們利用微電子秤設(shè)計(jì)了這樣的實(shí)驗(yàn)。

在探究“金屬的熱脹冷縮”實(shí)驗(yàn)中，先做一個(gè)木質(zhì)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(guò)的小溝槽，調(diào)節(jié)鋼條使得其左端微微觸碰到電子秤的秤盤中心位置，此時(shí)電子秤讀數(shù)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(huì)兒就可以看到微電子秤示數(shù)很快增加，撤去酒精燈，又會(huì)看到讀數(shù)逐漸變小;接下來(lái)用冰袋在鋼條中間降溫，不一會(huì)兒可以看到微電子秤示數(shù)漸漸減小甚至為零。本實(shí)驗(yàn)可以把金屬熱脹冷縮這種不太明顯的現(xiàn)象，通過(guò)轉(zhuǎn)換法變成可測(cè)量的電子秤示數(shù)變化，直觀形象，讓學(xué)生有頓悟感。

物體在力的作用下會(huì)發(fā)生形變，有些形變非常細(xì)微，很難觀察到。為了能觀察到這些細(xì)微的形變，我們開展了“探究力的作用能使物體發(fā)生形變”的實(shí)驗(yàn)。我們做一個(gè)木質(zhì)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(dòng)就會(huì)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(shí)驗(yàn)時(shí)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(gè)升級(jí)版實(shí)驗(yàn)。

在探究完物體在液體中的浮力后，科學(xué)探究小組的學(xué)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(méi)有升空的物體有沒(méi)有受到空氣的浮力？為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了探索“完全浸在各種氣體中的物體會(huì)受到浮力”的實(shí)驗(yàn)。

在微電子秤上安放一個(gè)打足氣的籃球（含一個(gè)氣球和一個(gè)打氣針），讀出示數(shù)M1。然后用打氣針把籃球和氣球連接起來(lái)，把籃球中的一部分氣體放入氣球內(nèi)（注意不能漏氣，籃球需保持原來(lái)體積大小，勿癟），讀出示數(shù)M2。發(fā)現(xiàn)M1>M2，微電子秤的示數(shù)減小了，為什么會(huì)減??？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(huì)有欲望繼續(xù)探究。

探究電磁鐵磁力的大小

磁力的大小較難測(cè)量，只能大致感知，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)利用微電子秤探究電磁鐵磁力大小的實(shí)驗(yàn)。

先把電池、開關(guān)、電磁鐵用導(dǎo)線連接起來(lái)，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(shí)驗(yàn)中如果微電子秤示數(shù)變小，說(shuō)明電磁鐵磁性增強(qiáng)。

情況一：保持線圈匝數(shù)不變，增減電池節(jié)數(shù)，改變通過(guò)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(shù)變化。

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

情況三：保持線圈匝數(shù)和電池節(jié)數(shù)不變，改變鐵芯大小，觀察微電子秤的讀數(shù)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(shí)驗(yàn)更具優(yōu)勢(shì)。原先用吸引大頭針的多少來(lái)判斷磁力大小，不太好計(jì)數(shù)且計(jì)數(shù)花費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng);而且多次實(shí)驗(yàn)后大頭針易被磁化，對(duì)吸引數(shù)量有很大影響，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠。而利用微電子秤探究更直觀、更節(jié)時(shí)，受影響更小。

現(xiàn)代技術(shù)日新月異，作為一線教師要善于巧用現(xiàn)代技術(shù)，突破實(shí)驗(yàn)瓶頸，敢于去改進(jìn)教科書上的實(shí)驗(yàn)范例。

（作者單位：浙江省杭州市蕭山區(qū)浦陽(yáng)鎮(zhèn)徑游中心小學(xué)）

責(zé)任編輯：歐陽(yáng)秀娟