“擺的研究”實驗的教具改進

周成彬 謝穎 王朝君

〔摘? ? 要〕? 科學探究離不開物質材料的支持，小學科學教師對教材原有的教具進行改進與創新，可以幫助學生更好地融入科學探究活動。本文對“擺的研究”一課教具進行分析，發現該教具存在實驗操作麻煩、實驗安全性低等缺陷，于是通過改進教具所需材料、增加滑輪、安裝類似量角器的裝置，制作了改進教具。運用該教具進行實驗可直接讀出擺線的長度、擺角的大小，對于擺錘重量的增減也更加方便、安全，操作簡單，能提高實驗效率，促進教學目標的實現和學生科學素養的提升。

〔關鍵詞〕? 小學科學；“擺的研究”；教具改進

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 18-0061-03

一、問題的提出

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出，科學課程要培養學生的科學學科核心素養，激發學習動機，加強探究實踐。科學探究活動必須以與之相適應的物質材料做支持，沒有材料就無法進行科學探究。小學科學教具不僅可以促進學生提高科學思維能力，還能有效地培養學生的創新能力，真正實現科學探究的目的。而小學科學教材中有些教具操作起來比較麻煩，往往導致實驗數據產生偏差，降低實驗探究效率。因此，對現有教具進行創新改造十分必要。教具的創新改造，要在滿足化解實驗操作難度的同時，又確保數據準確，進而提高探究效率。

2019年教科版小學科學五年級上冊第三單元第五課《擺的快慢》中所用“簡易擺”教具，是由實驗室的鐵架臺作為支架，將棉線作為擺線，用系在棉線上的螺絲帽作為擺錘臨時組裝而成的（如圖1）。在實驗中，學生運用控制變量的方法測出一定時間內擺的擺動次數，最后得出影響擺的擺動快慢的因素是擺線的長度。但該教具主要存在以下不足之處。

第一，擺的支架為實驗室的鐵架臺，對小學生而言有一定的重量，調整位置時費力且麻煩。

第二，當利用“簡易擺”研究擺錘的重量與擺動快慢的關系時，需要學生通過增減系在棉線上的螺絲帽個數來改變擺錘的重量，但增減螺絲帽需要反復綁繩子，操作麻煩。且擺動過程中，如果繩子系得不牢固、螺絲帽掉落，容易傷到自己和其他同學，有很大的安全隱患。

第三，當利用“簡易擺”研究擺線的長度與擺動快慢的關系時，需要學生將棉線的不同部位系在鐵架臺上來改變擺線的長度，但在實驗過程中需要多次改變擺線的長度，即學生需要反復綁繩子、解繩子，費時費力。并且每次都要重新測量擺線的具體長度，重復操作過多，增加實驗耗時。

第四，當利用“簡易擺”研究擺角的大小與擺動快慢的關系時，該教具沒有提供能準確測量擺角大小的裝置，學生只能憑感覺預估擺角的大小，造成實驗不嚴謹。

二、教材教具的改進

（一）材料與數量的改進

根據教材中“簡易擺”的不足之處，本研究擬改進實驗裝置，其材料如表1。

（二）教具的組裝

由硬紙板做成的底座、水平桿、豎直桿三部分構成支架（如圖2）。

在水平桿較短的一端上方安裝一個由硬紙板制作而成的滑輪（如圖3、圖4），用來控制棉線的長度，即控制擺線的長度。

在水平桿較長的末端下方打一個豎直方向的小孔，將棉線繞在滑輪上并進入水平桿再穿過小孔，棉線的末端系上帶有硬幣卡槽的小盒子（如圖5）（即為擺錘），小盒子里增添硬幣即可改變擺錘的重量。

制作一個半徑與豎直桿長度相等的類似量角器的裝置（如圖6），將其固定在豎直桿上，并保持與水平桿垂直。用自制量角器的角度刻度測量擺角的度數，以便準確控制擺角的大小。同時在自制量角器上標注了其豎直半徑的刻度，用于直接讀出擺線的長度。

三、教具改進的實踐

（一）探究影響擺的擺動快慢的因素

1.研究擺錘的重量與擺的擺動快慢的關系

當研究擺錘的重量與擺的擺動快慢的關系時，保持擺線的長度和擺角的大小不變，30秒內，測出擺錘在不同重量下擺的擺動次數，重復三次，并將實驗數據記錄在記錄單中（如表2）。

2.研究擺線的長度與擺的擺動快慢的關系

當研究擺線的長度與擺的擺動快慢的關系時，保持擺錘的重量和擺角的大小不變，30秒內，測出擺線在不同長度下擺的擺動次數，重復三次，并將實驗數據記錄在記錄單中（如表3）。

3.研究擺角的大小與擺的擺動快慢的關系

當研究擺角的大小與擺的擺動快慢的關系時，保持擺錘的重量與擺線的長度不變，30秒內，測出擺角在不同大小下擺的擺動次數，重復三次，并將實驗數據記錄在記錄單中（如表4）。

（二）分析實驗數據

根據表2的實驗數據，當擺線長度為20cm、擺角為45°時，改變擺錘的重量，30秒內擺的擺動次數都是30次，并沒有發生變化，說明擺錘的重量與擺的擺動快慢無關。

從表3的實驗數據看，當擺錘的重量為2個硬幣重、擺角為45°時，改變擺線的長度，30秒內擺的擺動次數發生了變化，說明擺線的長度與擺的擺動快慢有關。當擺線長度為15cm時，擺的擺動次數為34次，擺的擺動次數相對較多；當擺線長度為30cm時，擺的擺動次數為25次，擺的擺動次數相對較少。說明擺線越短，擺得越快；擺線越長，擺得越慢。

根據表4的實驗數據，當擺錘的重量為2個硬幣重、擺線長度為20cm時，改變擺角的大小，30秒內擺的擺動次數都是30次，并沒有發生變化，說明擺角的大小與擺的擺動快慢無關。

（三）得出實驗結論

根據以上三組實驗，得出實驗結論：擺的擺動快慢與擺錘的重量和擺角的大小無關，只與擺線的長度有關。擺線越短，擺得越快；擺線越長，擺得越慢。

四、改進教具的優點

采用這種創新教具，既可以實現教學目標，又可以減少實驗探究所需的時間，確保學生的安全，還可以提高實驗的嚴謹性，激發學生的科學學習興趣，培養學生的科學素養。

整個教具主要是由硬紙板制作而成，不是教材所提供的臨時組裝而成的實驗裝置，因而更具體系性。并且硬紙板的質量相比于鐵架臺更輕，學生在進行實驗時更容易調整位置。

當學生研究擺錘的重量與擺動快慢的關系的時，只需將硬幣放入小盒子中或從盒子中將硬幣取出即可實現擺錘重量的增減，節省了時間的同時也增加了實驗的安全性。

利用滑輪控制擺線，避免了反復系、取棉線的操作，只需滑動滑輪將擺線放到實驗所需的長度，操作簡單，提高實驗效率。

增加一個類似量角器的裝置置于豎直桿處，可根據量角器的角度刻度讀出擺角的大小，無論是保持擺角不變，還是改變擺角的大小，都有了科學的判斷，提高實驗的準確性。并且量角器的豎直半徑標有長度刻度，只需要將擺線的對應位置與刻度齊平進行讀數，就可以知道相應的擺長，直觀讀出數據，更顯性化。

五、總結反思

小學科學教具不再僅僅是一個簡單的動手制作活動，它深刻改變了小學科學的教學方式，成了小學科學課堂上教師和學生進行科學探究活動的重要工具。在本研究中，筆者了解了當前“擺的研究”教具的研究現狀，對教科版小學科學五年級下冊第三單元第六課《擺的研究》的教具進行分析，針對其存在的不足，對該教具進行了改進與創新。改進后的教具不僅易于制作，而且在實驗研究時提高實驗的準確性和安全性，減少了實驗耗費的時間，為學生發展的科學思維奠定了基礎。新時代背景下的小學科學教師，要爭取開發更多的創新教具，彌補當前小學科學教具的不足，更有效地促進小學科學教學目標的實現和學生綜合科學素養的提升。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]蘇文建.自制教具在小學科學探究式學習中的應用［J］.實驗教學與儀器，2021（2）：63-65.