改进单摆　让探究实验更有深度

孙金凤

科学教学离不开实验和教具，教具的性能直接影响到实验的效果。教师在教学中结合多年的教学经验，创新改进性能差的教具，能更好地激发学生的探究兴趣，使实验效果更加明显，巧妙突破教学重难点，让实验变得轻松有趣，极大地提高课堂效率。

探究活动是学生学习科学的重要方式，实验探究又是科学探究活动的重要组成部分。在实验探究中科学恰当地使用教具，是保证实验顺利进行的物质基础。教师在教学中针对发现的问题，精心设计改进教具，能更好地帮助学生理解抽象、难懂的科学知识，提高教学效率，让学生体验科学探究的乐趣。

一、单摆的教学应用背景

单摆是小学科学实验室的专用仪器，在青岛版小学科学《摆的秘密》一课中，学生需要认识单摆，了解单摆的基本结构，多次做控制变量的探究性实验，认识到同一个单摆，单位时间内摆动的次数是不变的。同时经过探究单摆摆动的规律，发现单摆摆动的快慢与摆幅的大小、摆锤的重量是没有关系的，单摆摆动的快慢与摆线的长短有关，摆线越短，单位时间内摆动的次数越多。

二、传统教学中单摆应用的不足

在研究《摆的秘密》一课时，传统教学中，一般用实验室现有的方座支架做支撑，用锁、螺丝帽等随意选择的重物做摆锤，来引导学生进行研究。（见图一）

学生运用这样的实验器材去探究单摆摆动的快慢与哪些因素有关、验证摆幅大小对单摆摆动快慢的影响时，不同的摆幅只能估摸操作，没有准确的数据，实验不够规范。在验证摆锤轻重对单摆摆动快慢的影响时，锁、螺帽等物体作为摆锤，很难判断它们的重量，实验不够严谨。在验证摆线长短对单摆摆动快慢的影响时，摆线的长短也没有确切的长度，难以比较，各种各样的摆锤，形状各异，重心难以确定，对摆线的长短的确定也会有影响。因此，这样的设计，学生在实验操作时随意性太强，只是进行大约的比较，实验数据不明确，得出结论不够严谨。为了获得严谨的实验数据，增强实验的说服力，我对单摆进行了设计与创新。

三、单摆的改进与创新

改进后的单摆由三部分组成，分别是底座、支架和横梁，底座用实验室的方座支架的底座，在方座支架的支撑杆上安装一个螺母作为支架，横梁是带有螺纹的圆形铁条。这三部分可以自由拆装、组合，便于实验室器材的整理存放，节约空间。（见图二、图三）

在支架上安装上亚克力板制作的模拟量角器和直尺的组合装置。（见图四）横梁上有小孔，可以使摆线自如穿过，避免了摆线悬挂在横梁上随意移动的现象发生，保证了探究的科学性。（见图五）

在支撑杆背面安装有调节摆线长度的螺母，摆线的末端可以根据需要把摆线挂在不同的螺母上，轻松调节摆线的长短，提高课堂探究效率。（见图六）

摆锤我选择了重心比较明显的球形，分别是不同材质的铁球、胶木球和塑料球，它们的直径相同但重量不同。球形摆锤便于确定重心，避免了其他形状的摆锤重心难以确定对摆线长度的影响，同时相同直径的摆锤使实验探究更加严谨、科学。（见图七）

在验证摆幅的大小与摆动快慢的关系时，其他条件不变，各小组可以对照量角器，自主选择不同大小的摆幅来多次验证比较，实验对比数据精确，操作规范。（见图八）

在验证摆线的长短与摆动快慢的关系时，让摆锤自然下垂就能准确地得出摆线的长度，使摆线长度数据化。同时，可以通过改变摆线末端在支撑杆上钩挂的位置，随意调节摆线的长度，得到不同的摆长来进行验证，节约了调整摆线长短的时间，增强了实验的可操作性和准确性。（见图九）

在驗证摆锤重量与摆动快慢的关系时，运用相同直径，重量不同的铁球、胶木球和塑料球来分别进行控制变量的实验，实验数据严谨规范，说服力强。

四、单摆的应用介绍

《摆的秘密》一课中，单摆的实验改进，使本课的实验操作更加简单、规范，能准确地测定摆线的长短、摆幅的大小，获得的数据更加精确，便于比较，降低了实验误差，增强了实验的可操作性和准确性，使实验结果更具说服力。经过课堂上学生的多次分组实验验证，课堂教学效果较好，提高了课堂的教学效率。

制作本教具所需的底座和支架都是实验室现有的材料，亚克力板制作的量角器和直尺的组合装置，造价低廉，制作简单，且属于不易损耗的材质，在实验室可以多次循环使用。

工欲善其事，必先利其器。在科学实验教学中合理地使用实验器材，创新和改进教具是课堂教学的有效补充，能让实验探究更轻松、高效，让实验探究更具深度。

【本文系2020年淄博市教育科学“十三五”规划重点课题“指向深度学习的小学科学中长期实验探究活动的实践研究”（课题编号：2020ZJZ017）的阶段性成果】