苏霍姆林斯基说过：“在人的心灵深处，总有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者。”在小学《科学课程标准》中指出探究式教学是科学教育的主要特征，在探究活动中,学生应有机会提出自己的问题,计划、设计并开展科学探究活动，回答其中的一些问题,有充足的时间思考问题、互相交流,以发展概念并为自己的发现验证。在小学阶段的科学课程中以观察、记录现象的较多，科学计算分析的较少，在科学设计的过程中，学生综合运用科学课程中的简单机械和数学中圆、圆柱的知识，运用数学的知识分析和研究科学的实验现象，从数据的计算中发现科学现象背后的规律。
学生在生活中经常会出现比比谁的力气大的活动，在这种活动中胜负由学生的力气大小决定，往往是由学生个人的体质决定力气大小，力气小的学生很难获胜。现在能不能用我们学过的科学知识设计一场比赛，让力气小的同学轻松战胜力气大的学生呢？学生积极地准备，一场别开生面的比赛开始了。“魔力”转换器就是实现这个任务的装置，它能让力气小的同学轻松战胜力气大的学生。“魔力”转换器构造简单、效果明显，它是把粗细不同的两个注射器用输液管连接在一起，在输液管上有控制开关。 在分组活动中，通过互推方法选出力气最大的和力气最小的同学。下面让二人来场比赛，猜猜谁会赢？正常情况下力气小的同学一定会输的，但是今天我们给力气小的同学一点“魔力”，试试结果会是……？力气小的同学推细的注射器，力气大的同学推粗的注射器。结果“魔力”出现，力气小的同学战胜了力气大的同学。
“魔力”为什么会出现呢？观察“魔力”出现时两个注射器活塞的移动情况，猜想“魔力”的出现与注射器的哪个结构特点有关？观察两端的注射器的结构，哪些方面有差别（粗细、长短、材质等方面）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过观察发现两个注射器的粗细不同，那“魔力”的出现会与注射器的粗细有关吗？那就把出现“魔力”端的注射器更换为较粗点，再试试“魔力”的大小有变化吗？再试试两端的注射器换成同样粗，力气小的同学还能赢力气大的同学吗？通过测试发现“魔力”的出现是有一定条件的，它出现在细的注射器一端，并且细注射器的活塞移动距离比粗端的远点，也就是同等条件下多走了距离获得“魔力”。
下面再根据数学知识认识“魔力”，运用数学知识会发现细的注射器端减少水的体积等于粗端注射器新增的水的体积，利用数学中圆的周长、面积和圆柱的体积知识设计如下测量与计算过程。首先用细线测量出两个注射器的周长，再计算出注射器横截面直径，然后算出横截面的面积，再利用在实验中测量到的注射器活塞的移动距离，分别计算出两端排出、输入水的体积。比较两组实验数据是否相等，这和我们猜想的结果有差距吗？
定量地分析力的变化，用弹簧秤、砝码、铁架台测量每个注射器端口上力的变化数据。有利用学过圆的知识计算出粗细注射器横截面的面积大小，测量出大小不同注射器移动的距离数据。比较分析数据的变化规律，从中找出力的变化规律。首先把“魔力”转换器中粗端注射器推柄向上固定在铁架台上，让活塞推把与弹簧秤连接，确保弹簧秤此时的数值为零，固定好弹簧秤。把细端注射器与粗端注射器相同高度推把向下拿好，在推把下面逐渐挂上砝码直到细端的活塞能移动为止。记录好粗端注射器上弹簧的数值，用弹簧秤测出细端砝码的力，比较这两个力的大小。再用两端的力乘上各自移动的距离得到新数据，比较这两个新数据的大小相等吗。
分析“魔力”数据，S1（细端横截面积）、S2（粗端的横截面积），H1（细端活塞移动距离）、H2（粗端活塞移动距离），F1（细端的力）、F2（粗端的力）。由S1×H1=S2×H2得到S1∶S2=H2∶H1;由F1×H1=F2×H2得到F1∶F2=H2∶H1，从而得到F1∶F2=S1∶S2,从而得到“魔力”是这样产生的：F2=S2/S1×F1。也就是说，“魔力”与粗端注射器横截面的面积成正比，与细端注射器横截面的面积成反比。
“魔力”转换器是学生在游戏活动中创造的，在试验中发现其中的规律。在教师的指导下设计实验，验证“魔力”的猜想。在这个过程中学生综合运用数学、科学的知识，在观察实验现象、动手测量数据、分析数据、发现规律的过程中加深对知识理解，培养探索科学的精神，获得动手验证与科学计算的体验，促进了学生科学精神的形成。
论文作者:王勇
论文发表刊物:《教育学文摘》2018年12月总第285期
论文发表时间:2018/11/20
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