巧用数学“金钥匙”开启科学探究之门-论文.pdf 4页

拗釉仪嚣2015年第1期巧用数学“金钥匙”开启科学探究之门陈容斌福建省古田县第二小学(352200)英国著名哲学家培根说：“数学是打开科学大门动。比赛规则：第一，以承重科学课本的数量多少定的钥匙。”回顾科学的发展历史，人们越来越深刻地胜负。第二，如果承重同样多，那么以使用材料较少认识到，没有数学，就难以创造出巨大的科学成就。者为胜。可见，数学作为一门工具学科，在科学领域发挥着举小组合作加固正方体框架，并测试加固后的承足轻重的作用。正如马克思所说，一门学科只有当它重量，汇报实验结果如表1所示。达到能够成功地运用数学时，才能达到真正完善的表1实验数据地步。纵观小学科学教材，有许多教学内容需要运用数学知识和数学方法引导学生展开探究活动。那么如何巧用数学“金钥匙”，开启科学探究之门呢?一、运用三角形稳定性，探究框架结构三角形在所有几何图形中是最稳定的图形，也正是因为三角形具有稳定特性，在建筑的艺术殿堂中．很多建筑将三角形引入其中。三角形的外观不但给人视觉上的冲击效果，其稳定性的结构还能承受强大的外力冲击。在科学教材“形状与结构”单元模块教学中，三角形的稳定性与框架结构有着千丝万缕的联系。以下是教科版六年上册“做框架”一课中“做一个坚固的正方体框架”的教学片段。师：我们刚才通过动手制作三角形框架和四边形师：大家认真观察，分析数据，从中发现了什么?框架．亲历感受了三角形框架具有稳定性，四边形框生：加了斜杠后，框架的承重能力大大增强了。架不稳定，并学会增加斜杠加固四边形框架。而在实生：第5小组和第9小组承载册数一样多，但是际生活中有许多框架结构都是立体的。第9小组加斜杠少，节省材料又牢固，应该是第一名。师：(出示一个正方体框架)它是稳定的还是不师：祝贺第9小组。稳定的框架结构?师：为什么这个看似简单的正方体框架能承受生：稳定性强。如此重量的课本呢?生：不稳定的框架结构。生：我们在数学课中学过三角形的稳定性，加斜师：我们来试一试。(教师演示：在框架上放一本杠后．使各个侧面构成多个三角形，这样更稳固。书。框架倒塌)师：数一数这个框架中有多少个三角形?师：看来这个正方体框架稳定性很差，你们有什生：12个。么办法加固这个正方体框架吗?生：框架中三角形个数越多，稳定性越好。生：增加斜杠。师：如果把这个正方体框架的小棒换成钢铁，你师：下面我们分小组进行加固一个正方体框架的们认为结果如何?比赛活动。比赛要求：第一，框架是承受向下的压力，生：更加稳固、结实。思考哪些地方可以不加斜杠。第二，小组合作讨论并三角形具有稳定性的知识已深深地烙印在学生完成设计草图。第三，各组按照设计方案动手加固框的脑海中，并能学以致用，进一步激发了学生研究形架。第四，比赛时间为8min，听到警示音后停止活状结构与稳定性之间的关系的兴趣。·59· 2015年第1期SHIYANJIAOXUEYUYIQ二、运用集合思想，比较水和空气的异同在科学课中利用数学交集思想，即韦恩图来揭示若干概念之间的关系，是一种行之有效的方法。韦恩图的操作方法是先把两个个体的特点分别写在各自的框里，然后对照两边的特点，把共同的特点写入交叉的位置，再把两边共有的特点划掉。它能帮助学生清楚和直观地了解各个概念之间的联系和差异，更有利于学生对概念的理解和掌握。例如，在教学教图3共同特点韦恩图科版三年级上册“水和空气”单元时，教材选用水和在上述探究活动过程中，’通过利用韦恩图分类空气两种重要的物质进行对比观察，从而加深学生比较水和空气的异同点，形象直观，条理清晰，学生对液体和气体特性的理解。下面是学生在观察水和印象深刻，便于记忆。空气的基础上展开的研讨交流。三、运用折线统计图。探究物体颜色与吸热本领师：通过观察，水有什么特点?的关系生：(经过补充、筛选)水能看得见、摸得着，无折线统计图是用一个单位长度表示一定的数色、无气味、无味道、透明、会流动、无固定形状、要占量，根据数量的多少描出各点，然后把各点用线段顺据空间、不能压缩⋯⋯次连接起来，以折线的上升或下降来表示统计数量(教师在图1所示韦恩图中出示水的特点)的增减变化。折线统计图不但可以表示出数量的多少，而且还能够清楚地表示出数量增减变化的情况。在科学教学中运用折线统计图搜集数据、整理数据、分析数据，能给学生带来更多的科学信息，更多的思维发展空间，有利于科学概念的形成。例如，教科版五年级上册“怎样得到更多的光与热”一课中探究“物体的颜色与吸热本领的关系”，笔者分发给各小组大小一样、表面光滑程度以及颜色不同的5个纸图1水的特点韦恩图袋(黑色纸、粉色纸、白色纸、铝箔纸、黑色蜡光纸)，师：空气有哪些特点?分别插上温度计平放到阳光下，先测出5个纸袋的生：(经过补充、筛选)空气看不见、摸不着，无色、初始温度，然后每隔2rain记录一次，10min后停止，无味、无固定形状、透明、要占据空间、能压缩⋯⋯比较它们的升温情况，并绘制成折线统计图(图4)。(教师在图2所示韦恩图中出示空气的特点)以下呈现其中一个小组的探究成果。／蟓空气＼看得见、摸得着．无看不见、摸不着、色、无眯、透明、会流无色、无味、无固动、不能压缩、要占定形状、透明、要据空间、无固定形占据空间、能压状、不能压缩、生物缩、生物需要空气需要水图2空气特点韦恩图图4物体颜色与吸热本领的关系折线统计图师：通过观察比较，大家发现水和空气有哪些不师：从这幅折线图中．你发现了什么?同点?生1：纸袋颜色不同，升温情况也不同。生：水能看得见、摸得着、不能被压缩；空气流向生2：黑色纸吸收热量的本领最强，铝箔纸吸收四面八方、看不见、摸不着、能被压缩。热量的本领最弱。师：再仔细观察比较，水和空气又有哪些共同之处?生3：黑色纸比黑色蜡光纸吸热的本领要强一些教师梳理，把水和空气共有的特点写入韦恩图师：为什么会这样呢?交叉位置，再把两边共有的特点删除(图3)。生4：因为黑色纸表面比黑色蜡光纸表面粗糙。·60· 撇釉仪嚣2015年第l期生5：因为黑色蜡光纸反光能力较强，吸收光的生：杠杆费力。能力就弱．而黑色无光纸相对反光较弱，吸收光的能教师出示记录单，提出实验要求：左右各选一个力就较强．所以黑色蜡光纸比黑色无光纸升温慢。位置挂钩码，阻力点在左边，用力点在右边。当杠杆师：再观察白纸和铝箔纸的升温情况，又发现了尺平衡时，记录数据。根据用力情况，判断是省力、费什么?力还是既不省力也不费力，标出相应序号。生6：铝箔纸比白纸光滑，所以铝箔纸升温慢些。学生展开研究，记录数据，教师巡回指导。生7：同样是黑色，黑色无光纸比黑色蜡光纸吸师：(出示3张汇总表)小组派代表将原始数据热多。同样是白色，白色纸比铝箔纸吸热多，我认为表整理归类到相应的表格(表2、表3、表4)中。面粗糙的物体会比表面光滑的物体吸热本领强一点。表2探究杠杆的秘密汇总表1师：现在你能说说物体的颜色与吸热本领的关系吗?生8：物体颜色越深，升温越快，颜色越浅，升温越慢。这幅复式折线图的出现无疑使学生非常清晰地观察到不同材料的升温趋势，同时帮助学生建构相关的知识概念。四、运用统计表。探究杠杆的秘密统计表是表现数字资料整理结果的最常用的一种表格。在科学探究活动中，学生在观察、测量、调查、实验中搜集到的事实证据可以通过表格的方式进行记录，使之支撑最终结论的形成，佐证科学真理的表3探究杠杆的秘密汇总表2存在，成为建构科学概念的依据。例如，教科版科学六年级上册“杠杆的科学”一课有一个探究杠杆是否省力以及省力规律的活动，笔者采用“扶放结合，有扶有放”的方式组织教学。师：使用杠杆就一定能省力吗?我们可以借助杠杆尺和钩码来研究。师：出示杠杆尺实物及图片，请你找出杠杆尺的3个点在哪里?生：中间围绕杠杆尺转动的点为支点。师：为了便于研究，我们把杠杆尺的左边挂的钩码看作重物。相当于阻力点，钩码挂的格数就是阻力表4探究杠杆的秘密汇总表3点的位置：右边挂的钩码看作是我们用的力，钩码挂的格数就是用力点的位置。师：演示左边第2格挂1个钧码，右边应该怎么挂才能平衡?生：右边第2格挂1个钩码。师：你认为这个杠杆是省力的还是费力的?生：因为两边挂的钩码数一样多，所以既不省力也不费力。师：左边第2格挂1个钩码，右边还可以怎么挂。以使杠杠平衡?生：右边第1格挂2个钩码。师：这种情况杠杆是省力的还是费力的?师：仔细观察3张汇总表，你从中发现了什么规律?-61· 2015年第1期SHIYANJIAOXUEYUYIQ机器人走‘‘8字舞"例析谢晓石江苏省扬州中学(225009)在生物界中，我们可以观察到一个关于蜜蜂的后转动，则机器人向正后方后退；左轮和右轮的转动奇特的现象。蜜蜂常常会在空中飞出一个“8”字形，速度不同，机器人就会转弯了，而转弯半径的大小则就像是在跳一种“8字舞”一样。而这种现象蕴含着一取决于左右两个轮子的转动速度之差。还有一种特个有趣的科学道理：蜜蜂在这样做时，实际上是在用殊的情况是：如果左轮和右轮的转动速率相同，但是一种特殊的方式告知同伴方向正好相反的时候，机器人就可以实现原地转动蜜源的方位。它们的飞行了。图2出示了双轮差速驱动中几种不同的机器人轨迹与地面垂线的夹角，运动情况。就正好表示了蜂房、太阳(、o和蜜源三者之间的相对角度信息。当其他蜜蜂看到这样的信息时，就可以根⑨tt@据太阳的方向找到蜜源了。当然，如果是阴天或下图18字舞示例雨，或者看不到太阳的时候，蜜蜂就会失去这种辨别方向的奇妙能力了。一、双轮差速驱动笔者着重探讨让机器人像蜜蜂一样跳起“8字⑨11舞”。众所周知，机器人是依靠电机来运动的，要想让它学会跳舞，我们自然需要学会控制机器人的电机，图2双轮差速机器人的运动让电机按我们的想法自如地运动。我们所采用的是双轮差速驱动为什么能成为机器人中最为流行最为常见的一种机器人驱动方式——双轮差速驱的驱动方式呢?这是因为这种驱动方式有着很多明动。这种机器人是有两个电机和两个轮子的(这里不显的优点。第一，采用这种方式的机器人是靠两个独考虑起主要支撑作用的小脚轮)。对于采用这种驱动立的轮子实现运动的，这样的结构虽然很简单，但是方式的机器人来说，当它运动时，无非有这么几种情机器人的运动很容易控制。第二，这种机器人还可以况：如果左轮和右轮以同样的速率向前转动，则机器很灵活地实现转弯半径为0的原地转动。当然，它的人向正前方前进：如果左轮和右轮以同样的速率向缺点和优点一样明显：和三轮车式的机器人类似，在生1：左边的钩码数×支点到阻力点的格数：右数据、分析数据等一系列活动，得出如何利用杠杆工边的钩码数X支点到用力点的格数作的规律，既培养了学生尊重事实、严谨认真的科学生2：从表2可以看出，支点到用力点的距离>态度，又促进学生分析数据能力以及归纳概括能力支点到阻力点的距离，杠杆省力。的提升。生3：从表3中可以发现，支点到用力点的距总之，小学科学教学离不开数学知识，教师在引离<支点到阻力点的距离，杠杆费力。导学生开展科学探究活动时，如果能有机整合数学生1：从表4中我们能明白，支点到用力点的距知识，那么探究活动一定会更加严谨、准确、有序、高离=支点到阻力点的距离，杠杆既不省力也不费力效。让我们用好、用活数学这把“金钥匙”，开启科学通过认识杠杆尺、调试杠杆尺、分组实验、统计智慧之门。·62·