怎样的斜面更省力的实验的改进与实践.doc

“怎样的斜面更省力”的实验改进与实践
本人原创 敬请指导
【内容提要】探索大自然的奥秘一定要通过学生的亲自实践，任何人都不能包办替代。科学课就是通过课堂教学，科学实验，让学生发现问题，敢于挑战权威，大胆质疑，思考和寻求解决问题的方法。本文论述的是运用控制论的“控制变量法”，对“斜面能省力吗和怎样更省力？”的实验，把斜面教具做了大的改进，使得“高度”、“长度”等条件只能有一个变量（斜面的坡度不同），其他条件保证相同。并且把改进后的的实验器材在实际课堂教学中运用，取得了很好的效果，受到了师生的青睐。学生在做和玩的过程中，直观的看清了斜面能省力和怎样更省力的科学原理，懂得了在斜坡上，坡度越小越省力，但费距离的科学道理。并能结合实际运用这一原理解决日常生产和生活中的一些具体难题。
【关键词】 斜面 坡度 省力
湖南科学技术出版社出版的小学五年级上册科学第二单元“简单机械”第5课《在斜坡上》，活动一：斜面能省力吗？活动二：怎样更省力？我认为实验室配备的斜面，从设计来看没有很好的解决“控制变量法”所要求的：实验时，只有一个量是不同的要求，而且实验操作时有些繁琐，“对比性”不太强。为了更好的培养学生的科学素养，我和同学们一起对实验室的教具斜面进行了改进，设计制作了教具“滚筒和斜面”，使这个实验的操控难度大大降低了，体现了实验的公平性及合理性，其结果更直观，操作更方便，提高了实验的有效性。学生在做和玩的过程中，弄清了斜面能省力及斜面的坡度的大小与斜面的省力有紧密的联系，斜面的坡度越小越省力以及人们在日常生产和生活中为什么要使用斜面的科学道理。
实验室配备的斜面：长为28厘米，高为18厘米，两块木板连接，没有滚筒。重物常常用字典或木块或砖头代替。当斜面的高度不变改变长度或长度不变改变高度时用这个两节的斜面去实验，操作起来看似简单却难以掌控“高度”、“长度”的相同与不同，无法保证实验的公平性。
为了解决实验操作上的难题，控制一个变量，其他的条件保证相同，体现公平实验。我引导学生把斜面进行了改进，获得了事半功倍的效果，达到了实验的目的。
一、实验的改进。
为了让学生更好地认知大自然，第一次上课在探究活动结束后，我问同学们，实验室配备的教学仪器斜面，操作起来方便吗？有的学生说：“不太好用。”怎么不好用？有什么地方需要改进吗？具体的改进方法学生一时也说不上来。我又引导学生回想实验操作时遇到了哪些困惑?同学们的智慧大门一下子就打开了，有的说：“斜面的高度与长度的变化不易控制，需要几人合作还难以达到目的，方形的物体（重物）在斜面上拉动，运动不流畅，测力计指针不稳定，上下跳动，难以读出牵引力大小的准确数字来。”还有的说：“斜面的长度好像觉得短了，往往拉动的物体已到了斜面的尽头，运动就停止了，读测力计的同学却读不出数来。”这时我及时引导提问：“大家找到了使用不方便的原因所在，能想出改进的办法来吗？”同学们恍然大悟，马上就有很多同学举起了小手。生A争先恐后的说：“斜面再加长一点，在两段的基础上再增加一段。”生B胸有成竹地说：“方形物体（重物）改为圆形滚筒就能克服操作时出现的难题。”我肯定地说:“你们很聪明，想的办法都很好。但是，应该先设计出图纸来，再按图纸的样子及尺寸进行加工会更好一些。”同学们都认为这样可行。于是，画了图样，标注了尺码，让家里有木工工具的学生在周末把图纸带回家，在家长的协助下选好材料再完成斜面和滚筒的制作。
1、制作材料：10厘米宽，90厘米长的木板1块;合页2个;螺钉10颗;10厘米粗10厘米长的原木一段;铁丝一段;油漆少许。
2、制作步骤：
（1）先用刨子把木板刨光，然后把木板截取60厘米长的一段，15厘米长的两段。
（2）安合页。把三块木板按60厘米、两个15厘米的顺序用合页连接起来。
（3）加工滚筒。先将圆木去皮，刨去不圆、不光的地方，使其更圆滑。然后把铁丝弯成两端各有一个小环，中间有拉钩的形状。最后用螺钉上在滚筒的两端，用测力计挂住拉钩，拉动滚筒时能灵活转动即可。
（4）打磨。用砂纸把斜面及滚筒的表面打磨光滑。
（5）上漆。斜面及滚筒均刷上银灰色的漆，使其更加美观。
五个步骤完成，斜面和滚筒就加工好了。它是在实验装备的斜面的基础上进行改进而成的。改进后的斜面、滚筒在探究实验活动中用起来得心应手，大大降低了操作的难度。受到了师生的亲睐，提高了实验的科学性。
二、实验教学的实践。
当一课二上时，我们的探究实验就是用的自己改进的斜面和滚筒。其实验的经过如下：
实验时要先提出要求，然后分工合作。要求：安全第一，规范操作，在读测力计和米尺的数字时，视线要与刻度一致。观察要认真仔细，一边观察一边思考，把自己看到的，想到的，有什么发现，填在记录表中，小组讨论后选出代表在班上汇报交流。
小组分工及实验如下：
1、探究斜面能省力吗？
由一小组的同学完成这个实验。小组成员分工：生A任组长，负责操作，生B读数，生C记录，生D协助。
生A先用测力计竖直提起滚筒，生B读出用了多大的力。然后生A把滚筒放在斜面上用测力计拉动滚筒，生B再次读出用力的大小。最后生A用米尺量出斜面的长（物体拉动的距离）和高（物体被抬高的距离），生B读出各有多少厘米。生C填写记录表如下：
斜面能否省力记录表
单位：力 N 长度 cm 记录人：第一小组 C
物体
竖直提起用力
在斜面上拉动用力
拉动的距离
抬高的距离
滚筒
3.7
1.5
60
15
第一小组的同学通过数据对比、讨论后，发现物体沿斜面拉动时比直接向上提所用的力要小一些，但移动的距离却长些。验证了斜面能省力,但费距离。
2、探究怎样的斜面更省力。
（1）第二小组分工与第一小组大致相同，完成下面的实验。
斜面高度不变15厘米（两段15厘米长的板子叠在一起），斜面长度60 厘米，在斜面上用测力计拉动滚筒用1.5牛顿的力；斜面长度75厘米（将15厘米长的另一段展开，即：60﹢15＝75），在斜面上用测力计拉动滚筒用1牛顿的力。
怎样的斜面更省力记录表一
单位：长度 cm 力 N 记录人：第二小组 C
物 体
斜面长
斜面高
拉 力
拉动距离
抬高距离
滚 筒
60
15
1.5
60
15
75
15
1
75
15
第二小组的同学将数据对比、讨论后得出结论：斜面高度不变，长度越长（坡度越小）越省力，但越费距离。
（2）第三小组分工与第二小组基本相同，完成下面的实验。
斜面长度不变60厘米，斜面高度 15厘米，在斜面上用测力计拉动滚筒用1.5牛顿的力；斜面高度30厘米（将另一段15厘米的木板展开作为高，15+15=30），在斜面上拉动滚筒用 2牛顿的力。
怎样的斜面更省力记录表二
单位：长度 cm 力 N 记录人：第三小组 C
物 体
斜面长
斜面高
拉 力
拉动距离
抬高距离
滚 筒
60
15
1.5
60
15
60
30
2
60
30
第三小组把数据对比、讨论后得出结论：斜面长度不变，高度越低（坡度越小）越省力，但越费距离。
各小组在班级汇报交流后得出结论：斜面都能省力，斜面的坡度越小越省力，但费距离。
改进后的斜面和滚筒教具与实验装备教具斜面相比较，具有实用、效果明显的特点。它很好地解决了实验公平的问题，受到了师生的喜爱。学生在做和玩的过程中，直观的看清了斜面能省力和怎样更省力的科学原理，懂得了在斜坡上，坡度越小越省力的科学道理。并能结合实际，运用这一道理解决日常生产和生活中的一些具体难题。同学们在交流斜面的应用时，第一小组的A同学首先说:“我发现街上方家油坊装卸工人叔叔就是利用斜面能省力的科学原理将大油桶推到汽车上的。”第二小组的B同学接着说：“我发现佛坪岭的盘山公路是因为山的高度是固定的，延长斜坡的长度就等于减小了斜坡的坡度，使车辆和行人上山时更加省力，所以公路修成‘之’字形。”第一小组的C同学抢着说：“我发现螺旋千斤顶也是利用了斜面能省力的原理将汽车顶起来的。”第三小组的D同学最后说：“我发现西安高速公路立交桥的引桥以及我们平常所用的螺丝等等，都是利用了斜面能省力的原理去解决日常实际问题的应用，它们虽然费距离，却能解决工作中遇到的难题，总的看来是利大于弊的。斜面的应用是不胜枚举的。”我小结说：“生活处处有斜面，只要我们做生活的有心人，时时留意观察身边的事物，就会有新发现，新收获，让简单机械——斜面，为我们解决更多的难题，更好地为我们服务，造福于人类。”
值得肯定的是，在师生交流中，学生在实验操作中，发现了很多值得研究的、有价值的问题。有时候“生成”资源超过了教师的“预设”。真正达到了“教学相长”效果，这是本节课收效最好的“资源”。
下课了，同学们久久不愿离去，多想下节课还上科学，去探究更多的科学问题，认知更多的自然现象，为建设美丽的家乡和创造幸福的生活出谋划策，贡献自己的聪明才智。
这个改进教具很好地解决了实验公平的问题，易于操控，效果明显。探索大自然的奥秘一定要通过学生的亲自实践，任何人都不能包办替代。只有善于发现问题，敢于挑战权威，大胆质疑，才能千方百计地去思考和寻求解决问题的方法。学生的创造力是无穷尽的，老师所做的是想方设法为他们搭建自主探究、认识大自然的实验平台，做好引路人，通过小实验使学生思考并明白科学道理。小学科学教材上有许多探究实验都需要我们去改进创新。只要肯动脑筋，深钻教材，挖掘潜力，用活教材，不被教材束缚我们的手脚，充分利用实验器材，就能创出一片新天地，培养出更多的创新型人才，不断提高教育教学质量，办好人民满意的教育。