改進(jìn)單擺　讓探究實(shí)驗(yàn)更有深度

孫金鳳

科學(xué)教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)和教具，教具的性能直接影響到實(shí)驗(yàn)的效果。教師在教學(xué)中結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新改進(jìn)性能差的教具，能更好地激發(fā)學(xué)生的探究興趣，使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，巧妙突破教學(xué)重難點(diǎn)，讓實(shí)驗(yàn)變得輕松有趣，極大地提高課堂效率。

探究活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，實(shí)驗(yàn)探究又是科學(xué)探究活動(dòng)的重要組成部分。在實(shí)驗(yàn)探究中科學(xué)恰當(dāng)?shù)厥褂媒叹撸潜ＷC實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。教師在教學(xué)中針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，精心設(shè)計(jì)改進(jìn)教具，能更好地幫助學(xué)生理解抽象、難懂的科學(xué)知識(shí)，提高教學(xué)效率，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣。

一、單擺的教學(xué)應(yīng)用背景

單擺是小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的專用儀器，在青島版小學(xué)科學(xué)《擺的秘密》一課中，學(xué)生需要認(rèn)識(shí)單擺，了解單擺的基本結(jié)構(gòu)，多次做控制變量的探究性實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到同一個(gè)單擺，單位時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)是不變的。同時(shí)經(jīng)過(guò)探究單擺擺動(dòng)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)單擺擺動(dòng)的快慢與擺幅的大小、擺錘的重量是沒(méi)有關(guān)系的，單擺擺動(dòng)的快慢與擺線的長(zhǎng)短有關(guān)，擺線越短，單位時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)越多。

二、傳統(tǒng)教學(xué)中單擺應(yīng)用的不足

在研究《擺的秘密》一課時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)中，一般用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)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(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究。（見(jiàn)圖一）

學(xué)生運(yùn)用這樣的實(shí)驗(yàn)器材去探究單擺擺動(dòng)的快慢與哪些因素有關(guān)、驗(yàn)證擺幅大小對(duì)單擺擺動(dòng)快慢的影響時(shí)，不同的擺幅只能估摸操作，沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)不夠規(guī)范。在驗(yàn)證擺錘輕重對(duì)單擺擺動(dòng)快慢的影響時(shí)，鎖、螺帽等物體作為擺錘，很難判斷它們的重量，實(shí)驗(yàn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。在驗(yàn)證擺線長(zhǎng)短對(duì)單擺擺動(dòng)快慢的影響時(shí)，擺線的長(zhǎng)短也沒(méi)有確切的長(zhǎng)度，難以比較，各種各樣的擺錘，形狀各異，重心難以確定，對(duì)擺線的長(zhǎng)短的確定也會(huì)有影響。因此，這樣的設(shè)計(jì)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)隨意性太強(qiáng)，只是進(jìn)行大約的比較，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不明確，得出結(jié)論不夠嚴(yán)謹(jǐn)。為了獲得嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力，我對(duì)單擺進(jìn)行了設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。

三、單擺的改進(jìn)與創(chuàng)新

改進(jìn)后的單擺由三部分組成，分別是底座、支架和橫梁，底座用實(shí)驗(yàn)室的方座支架的底座，在方座支架的支撐桿上安裝一個(gè)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(shí)驗(yàn)室器材的整理存放，節(jié)約空間。（見(jiàn)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(jiàn)圖四）橫梁上有小孔，可以使擺線自如穿過(guò)，避免了擺線懸掛在橫梁上隨意移動(dòng)的現(xiàn)象發(fā)生，保證了探究的科學(xué)性。（見(jiàn)圖五）

在支撐桿背面安裝有調(diào)節(jié)擺線長(zhǎng)度的螺母，擺線的末端可以根據(jù)需要把擺線掛在不同的螺母上，輕松調(diào)節(jié)擺線的長(zhǎng)短，提高課堂探究效率。（見(jiàn)圖六）

擺錘我選擇了重心比較明顯的球形，分別是不同材質(zhì)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(duì)擺線長(zhǎng)度的影響，同時(shí)相同直徑的擺錘使實(shí)驗(yàn)探究更加嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)。（見(jiàn)圖七）

在驗(yàn)證擺幅的大小與擺動(dòng)快慢的關(guān)系時(shí)，其他條件不變，各小組可以對(duì)照量角器，自主選擇不同大小的擺幅來(lái)多次驗(yàn)證比較，實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)精確，操作規(guī)范。（見(jiàn)圖八）

在驗(yàn)證擺線的長(zhǎng)短與擺動(dòng)快慢的關(guān)系時(shí)，讓擺錘自然下垂就能準(zhǔn)確地得出擺線的長(zhǎng)度，使擺線長(zhǎng)度數(shù)據(jù)化。同時(shí)，可以通過(guò)改變擺線末端在支撐桿上鉤掛的位置，隨意調(diào)節(jié)擺線的長(zhǎng)度，得到不同的擺長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，節(jié)約了調(diào)整擺線長(zhǎng)短的時(shí)間，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可操作性和準(zhǔn)確性。（見(jiàn)圖九）

在驗(yàn)證擺錘重量與擺動(dòng)快慢的關(guān)系時(shí)，運(yùn)用相同直徑，重量不同的鐵球、膠木球和塑料球來(lái)分別進(jìn)行控制變量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，說(shuō)服力強(qiáng)。

四、單擺的應(yīng)用介紹

《擺的秘密》一課中，單擺的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，使本課的實(shí)驗(yàn)操作更加簡(jiǎn)單、規(guī)范，能準(zhǔn)確地測(cè)定擺線的長(zhǎng)短、擺幅的大小，獲得的數(shù)據(jù)更加精確，便于比較，降低了實(shí)驗(yàn)誤差，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可操作性和準(zhǔn)確性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說(shuō)服力。經(jīng)過(guò)課堂上學(xué)生的多次分組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，課堂教學(xué)效果較好，提高了課堂的教學(xué)效率。

制作本教具所需的底座和支架都是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的材料，亞克力板制作的量角器和直尺的組合裝置，造價(jià)低廉，制作簡(jiǎn)單，且屬于不易損耗的材質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室可以多次循環(huán)使用。

工欲善其事，必先利其器。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中合理地使用實(shí)驗(yàn)器材，創(chuàng)新和改進(jìn)教具是課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，能讓實(shí)驗(yàn)探究更輕松、高效，讓實(shí)驗(yàn)探究更具深度。

【本文系2020年淄博市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“指向深度學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)中長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：2020ZJZ017）的階段性成果】