巧用现代工具 突破实验瓶

颈曹永锋

随着科学技术的不断进步，各种测量工具的日益更新，一些科学探究活动中原本无法直观测量的数据、较难发现的微小量变、看不见摸不着的现象，可以用非常直观的方法去显现，或间接测量出来。本文着重探讨如何巧用家用微电子秤，改进实验方法，进行小学科学拓展实验，增强实验显像，突破實验瓶颈，从而进一步激发小学生对科学探究的兴趣。

探究力的存在

科学探究中相互作用力的大小及方向、磁场中力的作用、电荷间力的作用、水的浮力等，小学生们很有兴趣去探究。但这些内容都极其抽象，孩子们很难去体验和感知，常规的教学实验也不利于他们对科学概念的掌握。我们引导学生用量程500g，最小称量0.001g的家用微电子秤去探究力的存在，能突破难点，效果较为理想。

在探究“力的作用是相互的”的实验中，实验开始前，我们准备了两台微电子秤、两块条形木块、固定支架及两辆小车作为实验器材。

将两块条形木块分别固定在两台微电子秤上，再分别将它们固定在一辆小车支架上，将两台微电子秤的示数去皮归零。

第一，让两块条形木块相互接触不挤压，微电子秤显示数均为零。用于探究相互接触且无挤压的物体间没有力的作用。

第二，让两块条形木块相互接触挤压，微电子秤均有显示数且相等。探究力的作用是相互的且力的大小相等，方向相反，作用在不同的物体上。

第三，把两块条形木块换成条形磁铁和条形铁块，让两小车离开一定距离，电子秤均有显示数（负数代表力的方向相反）且相等。探究相互不接触的物体彼此间也有力的作用。

第四，若把两块条形木块换成带电金属球，可以探究带电物体间相互作用力之间的关系。

这样设计的实验，深入浅出，既有利于学生对科学概念的理解，又能增强他们的科学探究兴趣。

在探究“水的浮力”的实验中，我们准备了三台微电子秤、固定支架、可升降支架、溢水杯、烧杯、金属球作为实验器材。

实验过程中，将A微电子秤放在可升降的支架上，A微电子秤上放上固定支架，把金属球挂在固定支架上，金属球位置在溢水杯上方;B微电子秤放在A微电子秤右边一点的桌面上，上面放上溢水杯，再在溢水杯里放适量齐口的水;C微电子秤放在B微电子秤右边一点的桌面上，再在上面放一只小烧杯。A微电子秤在左边，B微电子秤在中间，C微电子秤在右边。先将三台微电子秤去皮归零，再让左边的A电子秤缓慢向下移，当金属球浸入溢水杯的水中时，发现左边A微电子秤的显示数为负（受到向上的浮力作用），右边C微电子秤的显示数为正（受到水的重力作用），且绝对值相等;中间B微电子秤的显示数不变。

通过实验，我们发现A、C两台微电子秤一个示数为正、另一个示数为负的原因是水杯中的水对金属球有向上的浮力，使左边的整体部分 （包括支架和金属球）对A微电子秤的压力减小，而右边C微电子秤由于溢水杯排出的水流入烧杯，导致烧杯对C微电子秤的压力变大。同时可以发现两个示数的大小是相等的，而B微电子秤显示数不变。该实验说明金属球与水之间的力是相互的，且相互作用力的大小是相等的;金属球受到的浮力大小F，等于排开的水的重力G。

探究微小量变

较难观测的微小变量如金属的热胀冷缩、微量化学反应后的质量变化、力的作用使物体发生的微小形变等，以前我们在拓展教学过程中只能说教，无法用实验去解除学生心中的疑惑。有了微电子秤，使得用非常直观的现象去展现或间接测量成为可能。

科教版五下第二单元第五课《金属热胀冷缩吗》中有两个实验，实验一“观察铜球的热胀冷缩”，非常直观，实验后学生一下子明了。实验二“钢条的热胀冷缩”，钢条的微小变化孩子们很难发现。为此我们利用微电子秤设计了这样的实验。

在探究“金属的热胀冷缩”实验中，先做一个木质底座，把电子秤竖直固定在底座左边。在底座右边开一条让钢条刚好可以穿过的小沟槽，调节钢条使得其左端微微触碰到电子秤的秤盘中心位置，此时电子秤读数为100左右，用固定螺杆把钢条牢牢固定。起先用酒精灯在钢条中间位置加热，不一会儿就可以看到微电子秤示数很快增加，撤去酒精灯，又会看到读数逐渐变小;接下来用冰袋在钢条中间降温，不一会儿可以看到微电子秤示数渐渐减小甚至为零。本实验可以把金属热胀冷缩这种不太明显的现象，通过转换法变成可测量的电子秤示数变化，直观形象，让学生有顿悟感。

物体在力的作用下会发生形变，有些形变非常细微，很难观察到。为了能观察到这些细微的形变，我们开展了“探究力的作用能使物体发生形变”的实验。我们做一个木质底座，放上微电子秤，再垫上一层海绵（起缓冲作用，否则稍有震动就会有超出微电子秤量程的可能），压上纤维板，然后把微电子秤去皮归零。实验时只要将微电子秤正上方的纤维板上轻轻向下一压，就可以把一块短且厚的纤维板的形变放大得很清晰，比“激光微小形变演示仪”效果好很多，可以作为研究微小形变的一个升级版实验。

在探究完物体在液体中的浮力后，科学探究小组的学生们提出，物体在液体中受到浮力，热气球能升空，是不是热气球在空气中也受到浮力？如果有，那么没有升空的物体有没有受到空气的浮力？为此，我们设计了探索“完全浸在各种气体中的物体会受到浮力”的实验。

在微电子秤上安放一个打足气的篮球（含一个气球和一个打气针），读出示数M1。然后用打气针把篮球和气球连接起来，把篮球中的一部分气体放入气球内（注意不能漏气，篮球需保持原来体积大小，勿瘪），读出示数M2。发现M1>M2，微电子秤的示数减小了，为什么会减小？是不是空气的浮力？物体浸入水中的体积变大，受到的浮力也变大，这种情况是不是空气的浮力大小在改变？孩子们有许多疑惑，就会有欲望继续探究。

探究电磁铁磁力的大小

磁力的大小较难测量，只能大致感知，我们设计了一个利用微电子秤探究电磁铁磁力大小的实验。

先把电池、开关、电磁铁用导线连接起来，然后在微电子秤正上方放一根铁棒，最后把电磁铁悬挂于铁棒正上方合适的位置上。实验中如果微电子秤示数变小，说明电磁铁磁性增强。

情况一：保持线圈匝数不变，增减电池节数，改变通过电磁铁线圈中的电流大小，或者改变电流方向，观察微电子秤的读数变化。

情况二：改变线圈的匝数（匝数变化量1/3-1/2），保持电池节数不变，观察微电子秤的读数变化。

情况三：保持线圈匝数和电池节数不变，改变铁芯大小，观察微电子秤的读数变化。

利用微电子秤探究比科教版六上第三单元中的范例实验更具优势。原先用吸引大头针的多少来判断磁力大小，不太好计数且计数花费时间过长;而且多次实验后大头针易被磁化，对吸引数量有很大影响，使得实验结果不可靠。而利用微电子秤探究更直观、更节时，受影响更小。

现代技术日新月异，作为一线教师要善于巧用现代技术，突破实验瓶颈，敢于去改进教科书上的实验范例。

（作者单位：浙江省杭州市萧山区浦阳镇径游中心小学）

责任编辑：欧阳秀娟