“月球环形山的形成模拟实验”创新改进

山东省平原县龙门小学 吴振玲 王亚群

科学实验是培养学生科学素养和科学探究能力的主要方式之一。青岛版小学四年级下册科学第三单元第三课《登上月球》中设计了一个模拟实验：探究月球上的环形山是怎样形成的。

教材中的实验操作如图1 所示，让大小不同的石子从相同的高度落到沙子上，观察石子撞出的“环形山”的不同，再让大小相同的玻璃球从不同的高度落下，观察玻璃球撞出的“环形山”的不同。

图1 教材实验图

一、发现问题

在实际教学中，我们发现教材中的实验存在以下问题：

（一）用沙子模拟月面，沙子的颗粒和颜色对实验影响较大，如沙堆不够疏松，在遭受撞击后形成的坑洞不够明显。

（二）用石子和玻璃球模拟撞击物，我们一般是用镊子或手从沙堆中取出石子和玻璃球后观察坑洞，而这样取出撞击物很容易使被撞击后的坑洞大小、形状受到影响，如图2 所示。

图2 用手取出撞击物会影响坑洞的大小和形状

二、实验创新

我们在实验选材和操作方法等方面进行了改进，这样能减小外力对实验结果的影响，使实验效果更加明显。

（一）实验材料

沙土、面粉、大小不同的铁质球、条形磁铁、水槽，如图3 所示。

图3 实验材料

我们更换模拟月球表面的材料，将沙子换成沙土和面粉的混合物。

教材实验用沙子模拟月面时，因为撞击物的初始高度低、初始速度慢、质量小，撞击后形成的坑洞太浅，实验效果不明显。如果只用面粉模拟月面，由于面粉太疏松，撞击后形成的坑洞周壁过直过深，实验结果不够准确。因此，我们选择用沙土和面粉的混合物来模拟月面，沙土颗粒比沙子小，质地均匀，且具有一定的疏松度，这样撞击形成的坑洞的大小、深浅、边缘等都易于观察。

我们又改换模拟撞击物的材料。撞击物一般为流星体，因此，我们将石子、玻璃球改为大小不同的铁质球，其外形和质地等方面更接近陨石。

（二）实验步骤

1.将沙土和面粉按一定比例混合后放到水槽内（沙土所占的比例大于面粉），轻轻晃动，使其表面平整。

2.从相同的高度投放大小不同的铁质球，用条形磁铁取出，观察坑洞的形状。

3.从不同的高度投放大小相同的铁质球，用条形磁铁取出，观察坑洞的形状。

我们改变撞击物的取出方式，把用镊子或手直接取出撞击物改为用条形磁铁竖直靠近铁质球，靠磁力吸出铁质球。这样，能减小外力对坑洞的影响，几乎可以做到使坑洞的形状不变，如图4 所示。

图4 用磁铁吸出铁质球

三、总结

改进后的实验效果明显，适合小学所有学段的学生操作，实验误差小。

图5 从相同的高度投放大小不同的铁质球后的实验效果

图6 从不同的高度投放大小相同的铁质球后的实验效果

实验材料要求不高，其中沙土和面粉的混合物中沙土所占比例在55%～70%，可变范围大。所用磁铁的形状不限，条形和蹄形均可。所用铁质球为实验室常备材料。

实验操作几乎无耗材，实验材料可以反复使用，实验可以重复进行。

学生进行科学探究，有利于拓宽视野，提升科学思维能力，提高科学素养。