彭娟

小學(xué)科學(xué)力學(xué)內(nèi)容中有很多以探究實(shí)驗(yàn)為主的課，這些探究實(shí)驗(yàn)學(xué)生需要采集很多數(shù)據(jù)，依據(jù)真實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出相應(yīng)結(jié)論。近年來，越來越多的教師把數(shù)字傳感器引入課堂，融入教學(xué)，在解決傳統(tǒng)課堂難題的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的能力。

采集、分析數(shù)據(jù)更精確

對許多學(xué)生來說，力學(xué)是小學(xué)科學(xué)最難理解的內(nèi)容之一。傳統(tǒng)教學(xué)中，通常使用的測力工具是彈簧測力計(jì)，但很多彈簧測力計(jì)使用一段時(shí)間后，彈簧松緊不一，使用這種不精確的實(shí)驗(yàn)儀器，會造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。如“運(yùn)用測力計(jì)測量物體運(yùn)動時(shí)所受到的摩擦力”實(shí)驗(yàn)中，相同條件下，有的小組是2牛，有的是3牛。仔細(xì)對比兩個(gè)組的測力計(jì)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)測力計(jì)的彈簧在空載情況下已經(jīng)無法歸零。如果沒有新器材及時(shí)更換，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確率就無法保證了。

《運(yùn)動與摩擦力》一課的重點(diǎn)是通過實(shí)驗(yàn)研究影響摩擦力大小的因素，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法是用測力計(jì)拉動小木塊在木板上做勻速直線運(yùn)動，學(xué)生一邊拉動木塊一邊讀取測力計(jì)的示數(shù)。

保持物體做勻速直線運(yùn)動以及在運(yùn)動過程中準(zhǔn)確讀數(shù)，這是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的兩大難點(diǎn)。因?yàn)閷W(xué)生在實(shí)際操作時(shí)，彈簧常出現(xiàn)一伸一縮的現(xiàn)象，很難判斷物體是否處于勻速運(yùn)動狀態(tài)。有時(shí)則因?yàn)槲矬w勻速運(yùn)動時(shí)間太短，來不及讀數(shù)。測力計(jì)讀數(shù)不準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集偏差大、實(shí)驗(yàn)操作煩瑣等問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確率低，直接影響學(xué)生科學(xué)探究的積極性。即使利用勉強(qiáng)獲得的數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)規(guī)律，也不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的培養(yǎng)。

類似的實(shí)驗(yàn)，還有《斜面的作用》一課中研究小車重量與拉力大小的關(guān)系及研究坡度與拉力大小的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生需要通過測力計(jì)把小車勻速拉上斜面，記錄拉力的數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)的不同，得出相應(yīng)結(jié)論。

使用力傳感器開展實(shí)驗(yàn)，就可以很好地彌補(bǔ)這一缺陷。我們用雙量程力傳感器代替彈簧測力計(jì)， 采用數(shù)據(jù)采集器的曲線模式記錄拉力的大?。ㄈ鐖D1）。數(shù)據(jù)采集器有自動采集數(shù)據(jù)的功能，采集頻率很高，可以實(shí)時(shí)記錄力的大小變化。

圖2左邊的曲線呈波浪形，說明力的大小是變化的，小車的運(yùn)動不是勻速運(yùn)動。圖2中間的曲線平緩，說明小車做的是勻速運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生只需要通過觀察曲線的形狀，就能判斷出小車是否在做勻速運(yùn)動，他們可以多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到發(fā)現(xiàn)曲線平緩。具體分析數(shù)據(jù)時(shí)，我們可以選取其中最平緩的一段（如圖2右），利用采集器中的程序求出相關(guān)數(shù)據(jù)，得出平均值，這樣得到物體勻速運(yùn)動時(shí)的摩擦力數(shù)值，是較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)過程中，數(shù)據(jù)采集器的曲線使力的大小變化可視化，學(xué)生原本只能憑感覺判斷的勻速運(yùn)動，現(xiàn)在可以通過直觀的曲線判定，并從中選出物體勻速運(yùn)動時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)字傳感器的使用極大地調(diào)動了學(xué)生的興趣，也讓實(shí)驗(yàn)變得更加嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)驗(yàn)操作獲得數(shù)據(jù)的時(shí)間大大縮短，他們有更多時(shí)間來分析數(shù)據(jù)。

使用曲線圖還能體現(xiàn)力的變化規(guī)律。在木塊上每增加一個(gè)鉤碼，力就增大一些，曲線呈現(xiàn)階梯式上升（如圖3）。證明壓力越大，摩擦力越大的猜想是正確的。

采集、分析數(shù)據(jù)更及時(shí)

《我們的小纜車》一課中，學(xué)生需要通過探究不同數(shù)量的墊圈重力不同，產(chǎn)生不同大小的拉力，導(dǎo)致小車運(yùn)動的快慢不同。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是用秒表記錄小車運(yùn)動相同距離所用的時(shí)間，而實(shí)際操作中，由于小車運(yùn)動速度太快、學(xué)生按秒表反應(yīng)太慢等原因，無法準(zhǔn)確記錄到運(yùn)動時(shí)間——難操作、易犯錯(cuò)、數(shù)據(jù)誤差大，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的短板。

五年級的學(xué)生對測速儀有所了解，在課堂上我鼓勵他們運(yùn)用光電門傳感器在實(shí)驗(yàn)中親自測試小車的速度，讓他們體會科學(xué)與生活的緊密聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)前，先在數(shù)據(jù)采集器中設(shè)定好黑塑料桿（終點(diǎn)線）的直徑，光電門傳感器采集到紅光被擋的時(shí)間，利用采集器中現(xiàn)有程序直接得到小車通過時(shí)的速度。

實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生不再擔(dān)心因小車速度過快、秒表按得不及時(shí)得不到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。輕松的實(shí)驗(yàn)操作，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。光電門傳感器提供了具體的數(shù)據(jù)來定量小車的速度，學(xué)生快速分析比較出小車的快慢，兩種實(shí)驗(yàn)方法的不同見表1。

（本文是廣東省教育科學(xué)十二五規(guī)劃課題《基于數(shù)字化探究的小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)教育研究》及廣州市小學(xué)科學(xué)雷曉暉名師工作室研究成果。）