關(guān)于小學(xué)科學(xué)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的定量分析

科學(xué)是一門自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)的探究與驗(yàn)證對深化小學(xué)科學(xué)學(xué)科的教學(xué)具有重要而現(xiàn)實(shí)的意義;而實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確得出，對深化科學(xué)知識的認(rèn)識、強(qiáng)化知識在生產(chǎn)生活中的正確應(yīng)用具有不可替代的重要作用。受限于小學(xué)生的數(shù)學(xué)知識的準(zhǔn)備，小學(xué)科學(xué)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)論更多的是定性描述，強(qiáng)化的是學(xué)生的感性認(rèn)知。而對于教師而言，則應(yīng)該在學(xué)生感性認(rèn)知的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，在充分收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過分析與論證，盡可能的對實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行定量分析，從而更深刻的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)。本文將通過兩個(gè)具體的實(shí)例來闡述數(shù)據(jù)分析與定量分析的重要性。

關(guān)鍵字：斜面傾角? ?滾動(dòng)摩擦? ?滑動(dòng)摩擦? ? 正比? ?反比

實(shí)例一：通過對斜面實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析與處理，深刻認(rèn)識斜面的省力情況與斜面傾角的關(guān)系。

探究斜面的省力效果與斜面傾角的關(guān)系是六年級科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中一個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn);本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生測量出物體的重力及沿坡度不同的斜面向上勻速拉動(dòng)物體時(shí)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(jié)論;通過比較不同坡度下，拉動(dòng)物體沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉力大小，得出在粗糙程度相同時(shí)，斜面的坡度越大，省力效果就越差的結(jié)論。但在對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理中，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論并不是如此的簡單。

在實(shí)驗(yàn)中不斷改變斜面的坡度，每一次都勻速拉動(dòng)塑料盒沿斜面上升，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)反常的現(xiàn)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(xiàn)就這一現(xiàn)象的出現(xiàn)原因進(jìn)行理論上的推導(dǎo)與說明。

由于物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故受力平衡，列出平衡方程得：

如果把物體換成小車，實(shí)驗(yàn)結(jié)論又是怎樣的呢？實(shí)驗(yàn)中測量出的數(shù)據(jù)如下表所示：

通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)沿斜面勻速拉動(dòng)小車時(shí)，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(dòng)物體與拉動(dòng)小車得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dòng)小車時(shí)，車輪與斜面的滾動(dòng)摩擦非常小，幾乎可以忽略不計(jì)，此時(shí)拉力F的大小關(guān)系為：F=mgsinθ，在0°與90°的范圍內(nèi)，sinθ始終是遞增的，從而導(dǎo)致拉力F也持續(xù)的增大。而塑料盒與斜面之間的摩擦是滑動(dòng)摩擦，其摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滾動(dòng)摩擦力;就是因?yàn)榕c斜面的摩擦力形式的不同，導(dǎo)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(jié)論：當(dāng)沿斜面拉動(dòng)物體時(shí)，如果物體與斜面的摩擦是滑動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，一定要注意實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)處理與關(guān)注，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要進(jìn)行精密的分析與論證，以更好的解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)。

實(shí)例二：通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測量，對影響物體彎曲程度的因素從定性描述到更準(zhǔn)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(shè)計(jì)中具有重要的應(yīng)用;小學(xué)科學(xué)六年級教材中，專門安排了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)來研究材料抵抗彎曲的能力與什么因素有關(guān);局限于小學(xué)生的數(shù)學(xué)能力，教材并沒有要求學(xué)生對材料抵抗彎曲能力的大小進(jìn)行定量的描述。如果教師能在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測量，從而對材料抵抗彎曲的能力大小有一個(gè)定量的認(rèn)識，無疑會(huì)大大深化對知識的認(rèn)知。為此，我進(jìn)行了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)：在本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)探究一：探究彎曲程度h與材料所受壓力F的關(guān)系;在實(shí)驗(yàn)中保持材料的寬度、兩支點(diǎn)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(xì)沙的多少來改變材料所受壓力的大小。

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

實(shí)驗(yàn)探究二：探究彎曲程度h與材料寬度b的關(guān)系;保持材料中心的壓力、材料種類、厚度、兩支點(diǎn)間跨度不變，改變材料的寬度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表中所示：

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，bh=k（k為常數(shù)），我們可以得出結(jié)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(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)探究三：探究彎曲程度h與兩支點(diǎn)間跨度L的關(guān)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(diǎn)間跨度L，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所示：

通過表格中的數(shù)據(jù)可知，支點(diǎn)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(guān)系呢？不妨設(shè)

通過上面的兩個(gè)實(shí)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(zhì)認(rèn)知，還可以從深層次澄清一些似是而非的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，讓實(shí)驗(yàn)的結(jié)論更具嚴(yán)謹(jǐn)性和嚴(yán)密性;因而較強(qiáng)的數(shù)學(xué)能力、較好的數(shù)據(jù)處理技巧是一名科學(xué)教師必備的基本素質(zhì)。

興山縣峽口鎮(zhèn)中心小學(xué) 向龍