多轨道同步小缆车装置

◎浙江省台州市路桥区新桥镇中心小学 施晓益

科学实验是小学科学课堂上最具吸引力的环节，然而教材上的一些实验往往无法满足学生的好奇心和求知欲，教师常常需要自行改进教具，激发学生的创新意识。

一、背景

教科版小学科学四年级上册第三单元第一节《让小车运动起来》中，有一个探究小缆车运动快慢与拉力大小关系的实验：如图1所示，设定小缆车运动的起点和终点，用细绳的一端拴住小缆车，另一端系在弯钩上，再将垫圈放在弯钩上，之后逐渐增加垫圈个数，观察小缆车的运动变化并记录行驶时间，从而了解不同大小的拉力对小缆车运动的影响。

图1 教材中的实验图

经过多次实验，我发现了一些问题：

1. 小缆车从起点滑向终点往往会走“弯路”，导致每次小缆车行驶的路径都不同，无法得出准确的实验结果。

2. 小缆车行驶到终点时无法精准“刹车”，很容易从桌面掉落而毁坏。

3. 实验需要多名同学配合，一个同学增加垫圈促使小缆车运动，另一个同学需快速反应、立刻计时，同学们常常因默契度不够而操作失误，耽误时间。

二、创新

为了更好地进行实验，我设计了多轨道同步小缆车装置，大大提高了实验成功率。

（一）制作材料

小缆车、同步计时器、细绳、定滑轮、材质均匀的木板、垫圈或螺帽、铁钩、铁丝或铜丝、大头针、钉子、方形小木块等。

（二）制作过程

1.在木板一端固定3根铁丝或铜丝，搭建出3条直线轨道，设定起点和终点，在木板另一端同一直线位置固定3块方形小木块，作为小缆车运动的终点（如图2）。

图2 搭建好的直线轨道

2.将3根细绳的一端分别系在3辆小缆车上，另一端系在S形弯钩上（如图3）。在木板一端安装3个可调节高度的自制定滑轮（如图4），通过调节定滑轮的高度，使得直线轨道的高度一致。将细绳绕过定滑轮（如图5），可以减小小缆车与细绳之间的摩擦力。

图3 细绳的一端被系在S形弯钩上

图4 安装好的定滑轮

图5 细绳绕过定滑轮

3.为了使3辆小缆车运动的起点和起步速度一致，将小缆车放置在起点，用不锈钢卡板和螺母制作一个关卡置于小缆车前方。提起关卡，小缆车即可同时起步（如图6）。

图6 关卡被置于小缆车前方

4.为了使小缆车在直线行驶过程中不脱轨，特意在小缆车底部正中间固定两根平行排列的大头针，使铁丝或铜丝从两根大头针的空隙穿过。

（三）实验操作

同时进行三组实验，取平均数为最终数据。

第一组实验，在S形弯钩上放置1个稍重的垫圈或螺帽，提起关卡，同步计时。在重物的拉动下，3辆小缆车沿轨道直线行驶，以小缆车碰撞方形小木块为到达终点的指令，结束计时。第二、三组实验，分别在S形弯钩上加一两个稍重的垫圈或螺帽，并记录小缆车的运动时间。

根据最终数据，我们可以得知：小缆车运动快慢与拉力大小有关，S形弯钩上的垫圈或螺帽越多，拉力越大，小缆车行驶得越快。

图7 多轨道同步小缆车装置

三、总结

优化创新。本装置弥补了之前教具的不足，创新设计，运用了定滑轮、拉力、重力等多方面的知识。

形象生动。实验操作简单且容易理解，学生可以直观地看出不同拉力作用下小缆车运动速度的变化，对比实验中的变量与不变量。

精准无误。多轨道和同步起步装置设计可以实现3辆小缆车同时起步，这样不仅可提高实验数据的准确性，还能提升实验效率。

合作提升。实验的有序进行离不开学生的合作，该实验能够培养学生的团队合作意识，还可锻炼学生的观察力，有效提升学生的科学素养。