多軌道同步小纜車裝置

施曉益

科學實驗是小學科學課堂上最具吸引力的環節，然而教材上的一些實驗往往無法滿足學生的好奇心和求知欲，教師常常需要自行改進教具，激發學生的創新意識。

一、背景

教科版小學科學四年級上冊第三單元第一節《讓小車運動起來》中，有一個探究小纜車運動快慢與拉力大小關系的實驗：如圖1所示，設定小纜車運動的起點和終點，用細繩的一端拴住小纜車，另一端系在彎鉤上，再將墊圈放在彎鉤上，之后逐漸增加墊圈個數，觀察小纜車的運動變化并記錄行駛時間，從而了解不同大小的拉力對小纜車運動的影響。

經過多次實驗，我發現了一些問題：

1. 小纜車從起點滑向終點往往會走“彎路”，導致每次小纜車行駛的路徑都不同，無法得出準確的實驗結果。

2. 小纜車行駛到終點時無法精準“剎車”，很容易從桌面掉落而毀壞。

3. 實驗需要多名同學配合，一個同學增加墊圈促使小纜車運動，另一個同學需快速反應、立刻計時，同學們常常因默契度不夠而操作失誤，耽誤時間。

二、創新

為了更好地進行實驗，我設計了多軌道同步小纜車裝置，大大提高了實驗成功率。

（一）制作材料

小纜車、同步計時器、細繩、定滑輪、材質均勻的木板、墊圈或螺帽、鐵鉤、鐵絲或銅絲、大頭針、釘子、方形小木塊等。

（二）制作過程

1.在木板一端固定3根鐵絲或銅絲，搭建出3條直線軌道，設定起點和終點，在木板另一端同一直線位置固定3塊方形小木塊，作為小纜車運動的終點（如圖2）。

2.將3根細繩的一端分別系在3輛小纜車上，另一端系在S形彎鉤上（如圖3）。在木板一端安裝3個可調節高度的自制定滑輪（如圖4），通過調節定滑輪的高度，使得直線軌道的高度一致。將細繩繞過定滑輪（如圖5），可以減小小纜車與細繩之間的摩擦力。

3.為了使3輛小纜車運動的起點和起步速度一致，將小纜車放置在起點，用不銹鋼卡板和螺母制作一個關卡置于小纜車前方。提起關卡，小纜車即可同時起步（如圖6）。

4.為了使小纜車在直線行駛過程中不脫軌，特意在小纜車底部正中間固定兩根平行排列的大頭針，使鐵絲或銅絲從兩根大頭針的空隙穿過。

（三）實驗操作

同時進行三組實驗，取平均數為最終數據。

第一組實驗，在S形彎鉤上放置1個稍重的墊圈或螺帽，提起關卡，同步計時。在重物的拉動下，3輛小纜車沿軌道直線行駛，以小纜車碰撞方形小木塊為到達終點的指令，結束計時。第二、三組實驗，分別在S形彎鉤上加一兩個稍重的墊圈或螺帽，并記錄小纜車的運動時間。

根據最終數據，我們可以得知：小纜車運動快慢與拉力大小有關，S形彎鉤上的墊圈或螺帽越多，拉力越大，小纜車行駛得越快。

三、總結

優化創新。本裝置彌補了之前教具的不足，創新設計，運用了定滑輪、拉力、重力等多方面的知識。

形象生動。實驗操作簡單且容易理解，學生可以直觀地看出不同拉力作用下小纜車運動速度的變化，對比實驗中的變量與不變量。

精準無誤。多軌道和同步起步裝置設計可以實現3輛小纜車同時起步，這樣不僅可提高實驗數據的準確性，還能提升實驗效率。

合作提升。實驗的有序進行離不開學生的合作，該實驗能夠培養學生的團隊合作意識，還可鍛煉學生的觀察力，有效提升學生的科學素養。