“摆的研究”实验的教具改进

周成彬 谢颖 王朝君

〔摘    要〕  科学探究离不开物质材料的支持，小学科学教师对教材原有的教具進行改进与创新，可以帮助学生更好地融入科学探究活动。本文对“摆的研究”一课教具进行分析，发现该教具存在实验操作麻烦、实验安全性低等缺陷，于是通过改进教具所需材料、增加滑轮、安装类似量角器的装置，制作了改进教具。运用该教具进行实验可直接读出摆线的长度、摆角的大小，对于摆锤重量的增减也更加方便、安全，操作简单，能提高实验效率，促进教学目标的实现和学生科学素养的提升。

〔关键词〕  小学科学；“摆的研究”；教具改进

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  18-0061-03

一、问题的提出

《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出，科学课程要培养学生的科学学科核心素养，激发学习动机，加强探究实践。科学探究活动必须以与之相适应的物质材料做支持，没有材料就无法进行科学探究。小学科学教具不仅可以促进学生提高科学思维能力，还能有效地培养学生的创新能力，真正实现科学探究的目的。而小学科学教材中有些教具操作起来比较麻烦，往往导致实验数据产生偏差，降低实验探究效率。因此，对现有教具进行创新改造十分必要。教具的创新改造，要在满足化解实验操作难度的同时，又确保数据准确，进而提高探究效率。

2019年教科版小学科学五年级上册第三单元第五课《摆的快慢》中所用“简易摆”教具，是由实验室的铁架台作为支架，将棉线作为摆线，用系在棉线上的螺丝帽作为摆锤临时组装而成的（如图1）。在实验中，学生运用控制变量的方法测出一定时间内摆的摆动次数，最后得出影响摆的摆动快慢的因素是摆线的长度。但该教具主要存在以下不足之处。

第一，摆的支架为实验室的铁架台，对小学生而言有一定的重量，调整位置时费力且麻烦。

第二，当利用“简易摆”研究摆锤的重量与摆动快慢的关系时，需要学生通过增减系在棉线上的螺丝帽个数来改变摆锤的重量，但增减螺丝帽需要反复绑绳子，操作麻烦。且摆动过程中，如果绳子系得不牢固、螺丝帽掉落，容易伤到自己和其他同学，有很大的安全隐患。

第三，当利用“简易摆”研究摆线的长度与摆动快慢的关系时，需要学生将棉线的不同部位系在铁架台上来改变摆线的长度，但在实验过程中需要多次改变摆线的长度，即学生需要反复绑绳子、解绳子，费时费力。并且每次都要重新测量摆线的具体长度，重复操作过多，增加实验耗时。

第四，当利用“简易摆”研究摆角的大小与摆动快慢的关系时，该教具没有提供能准确测量摆角大小的装置，学生只能凭感觉预估摆角的大小，造成实验不严谨。

二、教材教具的改进

（一）材料与数量的改进

根据教材中“简易摆”的不足之处，本研究拟改进实验装置，其材料如表1。

（二）教具的组装

由硬纸板做成的底座、水平杆、竖直杆三部分构成支架（如图2）。

在水平杆较短的一端上方安装一个由硬纸板制作而成的滑轮（如图3、图4），用来控制棉线的长度，即控制摆线的长度。

在水平杆较长的末端下方打一个竖直方向的小孔，将棉线绕在滑轮上并进入水平杆再穿过小孔，棉线的末端系上带有硬币卡槽的小盒子（如图5）（即为摆锤），小盒子里增添硬币即可改变摆锤的重量。

制作一个半径与竖直杆长度相等的类似量角器的装置（如图6），将其固定在竖直杆上，并保持与水平杆垂直。用自制量角器的角度刻度测量摆角的度数，以便准确控制摆角的大小。同时在自制量角器上标注了其竖直半径的刻度，用于直接读出摆线的长度。

三、教具改进的实践

（一）探究影响摆的摆动快慢的因素

1.研究摆锤的重量与摆的摆动快慢的关系

当研究摆锤的重量与摆的摆动快慢的关系时，保持摆线的长度和摆角的大小不变，30秒内，测出摆锤在不同重量下摆的摆动次数，重复三次，并将实验数据记录在记录单中（如表2）。

2.研究摆线的长度与摆的摆动快慢的关系

当研究摆线的长度与摆的摆动快慢的关系时，保持摆锤的重量和摆角的大小不变，30秒内，测出摆线在不同长度下摆的摆动次数，重复三次，并将实验数据记录在记录单中（如表3）。

3.研究摆角的大小与摆的摆动快慢的关系

当研究摆角的大小与摆的摆动快慢的关系时，保持摆锤的重量与摆线的长度不变，30秒内，测出摆角在不同大小下摆的摆动次数，重复三次，并将实验数据记录在记录单中（如表4）。

（二）分析实验数据

根据表2的实验数据，当摆线长度为20cm、摆角为45°时，改变摆锤的重量，30秒内摆的摆动次数都是30次，并没有发生变化，说明摆锤的重量与摆的摆动快慢无关。

从表3的实验数据看，当摆锤的重量为2个硬币重、摆角为45°时，改变摆线的长度，30秒内摆的摆动次数发生了变化，说明摆线的长度与摆的摆动快慢有关。当摆线长度为15cm时，摆的摆动次数为34次，摆的摆动次数相对较多；当摆线长度为30cm时，摆的摆动次数为25次，摆的摆动次数相对较少。说明摆线越短，摆得越快；摆线越长，摆得越慢。

根据表4的实验数据，当摆锤的重量为2个硬币重、摆线长度为20cm时，改变摆角的大小，30秒内摆的摆动次数都是30次，并没有发生变化，说明摆角的大小与摆的摆动快慢无关。

（三）得出实验结论

根据以上三组实验，得出实验结论：摆的摆动快慢与摆锤的重量和摆角的大小无关，只与摆线的长度有关。摆线越短，摆得越快；摆线越长，摆得越慢。

四、改进教具的优点

采用这种创新教具，既可以实现教学目标，又可以减少实验探究所需的时间，确保学生的安全，还可以提高实验的严谨性，激发学生的科学学习兴趣，培养学生的科学素养。

整个教具主要是由硬纸板制作而成，不是教材所提供的临时组装而成的实验装置，因而更具体系性。并且硬纸板的质量相比于铁架台更轻，学生在进行实验时更容易调整位置。

当学生研究摆锤的重量与摆动快慢的关系的时，只需将硬币放入小盒子中或从盒子中将硬币取出即可实现摆锤重量的增减，节省了时间的同时也增加了实验的安全性。

利用滑轮控制摆线，避免了反复系、取棉线的操作，只需滑动滑轮将摆线放到实验所需的长度，操作简单，提高实验效率。

增加一个类似量角器的装置置于竖直杆处，可根据量角器的角度刻度读出摆角的大小，无论是保持摆角不变，还是改变摆角的大小，都有了科学的判断，提高实验的准确性。并且量角器的竖直半径标有长度刻度，只需要将摆线的对应位置与刻度齐平进行读数，就可以知道相应的摆长，直观读出数据，更显性化。

五、总结反思

小学科学教具不再仅仅是一个简单的动手制作活动，它深刻改变了小学科学的教学方式，成了小学科学课堂上教师和学生进行科学探究活动的重要工具。在本研究中，笔者了解了当前“摆的研究”教具的研究现状，对教科版小学科学五年级下册第三单元第六课《摆的研究》的教具进行分析，针对其存在的不足，对该教具进行了改进与创新。改进后的教具不仅易于制作，而且在实验研究时提高实验的准确性和安全性，减少了实验耗费的时间，为学生发展的科学思维奠定了基础。新时代背景下的小学科学教师，要争取开发更多的创新教具，弥补当前小学科学教具的不足，更有效地促进小学科学教学目标的实现和学生综合科学素养的提升。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]苏文建.自制教具在小学科学探究式学习中的应用［J］.实验教学与仪器，2021（2）：63-65.