小编得话
中国中学科学教育界的三剑客之特级班主任李子平老师，来了！本期公众号，桂馨基金会和大科学家团队倾情为您奉献李子平老师《走向探究的科学课》专题讲堂第1课《测量宽度和速率》。
新一年级科学课的第二单元就是《测量》，听了李老师的讲堂，对你们会有什么启发和帮助呢？
专家介绍
李子平：桂馨科学课项目特聘专家，原北京市建委教研室综合组教研员，原北京科学教育出版社《自然常识》、《科学》、《科学与技术》教材主编，学校中级班主任，全省知名特级班主任。
科学探究之“器”
诸位老师：
你们好！明天讲堂的名称称作《科学探究之“器”》，这个“器”是哪些意思呢？虽然它就是科学和技术的结晶物，我们把它称作“器”。
想一想，人类发觉自然界里有电，科学家探究它的奥秘，发明了电板，电能才得到了实际应用。这个电瓶就是“器”，它是技术的产物。100多年之中，经过不断的改进，电瓶的种类越来越多，应用也越来越广泛，手机、电脑、电子表、录音机、摄像机、照相机……到处都少不了电板，电瓶成为现代人须臾不可缺乏的“器”。
在其他的行当里面，例如文化领域里面也有“器”。古时侯写字用哪些写呀？用树叶在地上写，之后发觉这块岩石比那块岩石软一点，就拿去在岩壁上绘画，做记号。之后发明了羽毛笔、铅笔、钢笔、毛笔、圆珠笔…..这也是“器”。
军事领域里，装备几乎是决定战争胜负的关键。大刀箭矢打不过船只和枪炮，普通装备打不过原子弹、氢弹，那也是“器”。科学家发觉了个别物质的科学规律之后，才会出现新型的装备。所以我们说，“器”是科学与技术的结晶。
明天我想把这个“器”分两部份来讲，第一部份讲在科学探究活动中的“器”，跟其他的“器”有哪些区别。
科学探究活动所用的“器”，其主要作用是在检测这个领域。科学探究的范围很大，我明天给你们介绍一些不太常见的“器”，讲讲怎样用这种“器”做科学探究。
近来，国家科技部和教育部课程教材中心共同启动了一个称作《中中学探究学习与创新人才培养机制实验研究》的课题，在全省范围里举办。我参与了一所项目中学的课题研究，同时做中学科学探究学习案例的探求和开发。其中的感受和你们一上去切磋。
这所项目中学探究课的研究对象是民航航天科技，这个题目很窄，非常是航天。让小女儿去探究一些航天的东西确实比较难，她们的市长很不简单，他动员了该校全体的老师，不管你是英语、数学、思想品德课的老师，还是体育课，品社课，科学课的老师，全校总动员，你们想办法，在半个多月里，开发出了适宜中学生探究的16个课题。
这种研究课题很巧妙，初看有点稀奇奇特，但是对培养儿子的创新能力是很有价值的，对我们科学老师的教学设计也极有启迪。我帮助她们设计一些“器”来完成这种探究课题。
科学探究中用于检测的“器”
检测是探究技能里很重要的一部份，它的技能是你们都熟悉的如：观察、排序，解释数据、推理、比较、提出假定、预测、分类、使用变量、交流、调查、实验、计算、建立模型等。
“测量”如何来定义呢？就是运用各类工具检测一个物体或风波的大小、距离、时间、体积、面积、容积、重量和湿度等，同时还要学习使用检测工具。（如尺子、秒表、量杯、量筒、弹簧秤、温度计及各类传感）。
对传感老师们比较生疏。我明天会给老师们重点讲一些用于检测的传感。
检测宽度——轮式测距仪
1、测量宽度
我们明天要做的第一个功课就是来检测厚度，在诸位的手中都有一张图，要求你们检测图上的腰线的宽度，想一想用哪些工具来检测它们的宽度呢？在我们的文具盒里面有一些工具，你们可以用它来试试，之后把检测下来的结果用钢笔写在线的后面，你们一上去试试，好不好？（听课老师分组进行检测。）
尽量用文具盒里面的工具或材料，看上去检测有困难的是那根曲线。
（小组汇报检测结果。）
刚刚第二小组汇报了她们检测的厚度以及用哪些工具测的。很非常的一点是她们检测曲线的宽度，她们用一根线去量曲线的宽度，再把线剪短置于尺上检测一下就测下来了。总的来说，还是那根曲线测上去比较麻烦，是不是啊?
既然有这个需求，我们是不是来做一个检测曲线的“器”呢？你们想想看，在物理里面，哪些东西的宽度与它的半径有直接关系？半径定了边长肯定是一定的，那是哪些啊？那是个圆。我们用纸做一个测距仪，很简单。我们来看一下，我们手里有材料，有工具，最后做好的测距仪是这样子的，老师们一看就晓得如何做的。
拿来制做测距仪的材料
那个小组来谈谈这个测距轮该如何做？就用文具盒里的材料来做。一个是圆珠笔，带橡皮头的钢笔，一个图钉，有胶带和剪子，还有一张彩纸，里面有印好的三个圆，你瞧瞧这三个圆各有哪些好处？你们讨论一下（讨论后交流）。好，感谢那位老师。你们动手做吧。好多组早已做好了，想想做好了测距轮之后，第一件事应当做哪些？啊，检测半径，还有呢，是不是可以直接把它的边长量下来？你们手上都有尺子，从零开始滚过去，看一下滚一周有多长，这样就更直接，不用估算了。
我们剪的时侯会有些偏差，有些人剪在线的外边，有些人剪在线的上面，所以最后滚一圈的厚度会有些差别，还有些老师可能剪得不太平整，有些坑坑凹凹的，所以还不如你就拿着轮，在尺子上从零开始滚过去，轮上有个记号，瞧瞧回到记号这里是多长。
我们为何要做这个活动呢？就是要让诸位老师晓得，这是一种挺好的检测曲线的方式。也就是说，用它来检测曲线会很便捷。这样的“器”现在早已有了。并且是个极其简单的一个“器”，我如今给你们看一下。
李老师出示履带测距仪
这个“器”就称为履带测距仪，目前美国应用的比较多，它的轮子转一圈刚好是一米，这里有个计数器，归零之后，你要检测宽度的时侯，只要拿着这个柄推着走就可以了，请看，这段路是2.4米，这个测距仪用上去十分便捷。它的精确程度是一米以下，特别准的。它最大可以测到五位数，用在哪些地方呢？一个是用在农村检测农地，一块地面积有多大，多长、多宽就可以用它来测；之后就是交通警员检测高速道路交通车祸的现场，例如车相撞了轨迹是一个圆弧，用尺子量可能有问题，就可以用这个去测；另外还有就是排线缆，从这里要排到哪个地方去，弯弯曲曲的，不晓得线该有多长，拿着它去测一下；据悉，还有运动场旁边画场地的时侯，篮球场长应当多少米，宽应当多少米，都可以用它去测。
明天我也想让老师们来试一下，从这条线开始，推着测距仪绕着这个场子转一圈，每位组派个人来做。为何要请你们都上来试一试呢？昨晚这个小组的老师早已讲了，要精确地检测，要提升精度，有个哪些办法？求平均值，通常来说三次加上去减去三，平均数有了，精度就高了。采样的次数越多，精度就越高。所以要每位组都派人来做一下。（各组派人测距。）之后老师们上课，也要尽量让中学生动手来做。
老师们使用测距仪检测弯曲小道的宽度
老师们看，我们用了电子表格手动求平均数，平均值是21.36875米，其实用不着如此高的精度，可以把前面的数值四舍五入，近似值是21米。这个弯曲的小道，没有规定你走这么精确，有的老师偏出去一点，有的进来一点，都可以，我们取了九个样，平均得下来的是这个数值。也就是说，我们检测曲线可以采用这些技巧。这个器材应当说是挺好用的，很便捷。这里就反映了平均值的意义。你们可以瞧瞧这个曲线，在统计学里面称作“正态分布曲线”。
检测数据都集中分布在中间这一段，用物理的办法，取它的平均值就就能得到比较精确的结果。中学语文里就有这个内容。
刚刚有位老师提出来，我们摩托车上的里程表是不是用的这个原理呀？就是它。明朝科学家张衡发明的记里鼓车，也是用这个原理制造下来的。也就是说，1900多年前，中国就有这样的“器”。
我们骑着摩托车，开着车辆，大多数人并不晓得车上的里程表数值是如何来的。原理和我们的测距仪是一样的。
古时的记里鼓车是为了检测路的宽度，例如要晓得从京城到屏山这个地方路有多远，就用马或则人拉着这个车，它每走一里路有一个木头人敲一下鼓，走了十里路呢测量平均速度教学设计，另外一个木头人再敲一下鼓，记里鼓车旁有个人在记数，当时科技不发达，就是手工记的，记到最后，究竟走了多少路就可以得下来。
记里鼓车这个“器”就是科学与技术的结晶。这样一个古时的机械，我们明天还在用。其实，随着科学技术的发展，里程表也在不断改进。譬如说曾经用蜗杆来推动计数器，如今有好多是感应式的，上面没有蜗杆了，就是一个感应头，它转一圈数字跳一个，单车上、山地车上都用得好多。这种计数器都是感应式的，不是用蜗杆传动计数，蜗杆传动不论做得多么精致就会有些阻力，开车会倍感重，并且都会锈蚀，用感应的办法就不会锈蚀，这是检测路程的“器”。
检测宽度——超声波和激光测距仪
下边我们介绍另一种检测宽度的“器”，一个是超声波的测距仪，一个是激光测距仪。激光测距仪检测的距离可以长一点；超声波检测的距离会短一点。像这个激光测距仪就可以测到30米，我们来看一下。
激光测距仪
请看用这样一个测距仪，测出从我这儿到前面墙壁的距离是7.7米。前面墙壁有一点红的，就是激光发射的一个指示灯，看你瞄准得对不对。激光测距仪还有一个功能，测好之后你可以在里面估算面积。测了厚度，你只要按一下减号，再测长度，4.7米，这一块的面积等于多少呢？33.96平方米；假如我要测这一块的容积也可以，我把它翻过来置于地面上，测它的高，2.77米，你把昨天的面积除以这个数，就是这一块的体积，很便捷吧。
像这样的测距仪用着也很便捷。比方说路老师纵火箭的时侯，只要对着灰熊一照就晓得，哎呀，飞到30米高啦。就是尼克斯飞到70米高也能测到，它还能测得的最长距离是150米。
像这些测距方式，在那所研究民航航天科技的项目中学里如何用呢？中学生放飞的鹈鹕增长时有个降落伞，比较容易瞄准，中学生就对着降落伞测鹈鹕飞的高度。这似乎是一种挺好的科学方式的训练，不一定测得多么准，就是要让中学生晓得，现代科技有这样的东西可以拿来测距离的，他在今后的科学探究活动当中，在生活当中还会想到用它。例如说你去买车子，这个房屋面积多大，进深多少，售楼材料写的是否确切，那你就测好了，测了就可以判定里面的数据对不对呀，这个协议签了是不是值得啊。
检测宽度——数码显微镜
还有一种检测宽度的器械，是一个数码显微镜，这个是测微小的距离的器械，我们可以来看一下，演示一下它可以如何测。
检测微小距离的显微镜
显微镜我们你们都晓得，中学配备的中学生显微镜是生物显微镜，或则是大家在工具箱里看见的手持式的显微镜。
教育部配的那个中学生显微镜，光都是从下边照上来的，我们把它称作透射式的，标本是要透明的，例如动物的切块呀，岩石的切块呀等等，切得很薄，夹在玻璃片里，置于显微镜载物台上，光从下边照上来，透过标本。而这个测长焦的数码显微镜是前面有光下边也有光，何必将标本切薄就可以观察。
我们主要讲它的检测功能。先来看一下（放映幻灯），例如我要测一元的硬币里面那种“1”的宽度，测下来的宽度是1.42毫米；它还可以检测圆，检测角度，都可以。假如说我要测这个“Y”的角度，这个字大家都看不见，我们来看一下，角度是七十二度。
我们再来看一下这个60倍镜下腕表的机芯。它好就好在光从里面照出来。我们可以用它来观测各类材料，例如纸张和绒线的纤维，电路板上导线的长短，等等。
你们看，这是胡蜂的头，我们可以检测胡蜂的毒腺的厚度和粗细，还可以分辨字画的真伪。
像这样一些器械，用在我们科学课教学上是十分有利的，它除了可以观测微小的事物，还可以拿来拍照，也可以储存好多的资料，老师要上课也很便捷。
有所中学做了这样一个研究，看卧室的抹布和便器盖上那个的真菌多，结果是卧室抹布上的真菌要比便器盖上的真菌还多。
卧室抹布上的真菌
这个是卧室抹布上的一个真菌群，很多中学生看到了都认为难受，如何这么多真菌哇。由于她们平常没办法见到它，它太小了。这个对面是一个打结的毛发，这个是头虱，你看头虱这么大，这个也是对中学生的卫生习惯的教育。
有些宽度单位我们接触不到，并且关于宽度的故事或则距离的故事，会给我们带来感动。下边我就用幻kt板来描述一个宽度、距离抵达极至的令人惊讶的故事。
播放幻kt板《从镜头看世界》：
我们来进行一次高速的旅行，从一米开始，之后根据十的乘方降低，渐渐往起来进行宏观世界的探求，祝你们一路顺风。
这是从一米处见到的树根；从十米上空见到的一片树林；一百米，见到我们房屋的屋顶；一千米，十千米，这时城市早已很小了，看不清房屋了；这是一千公里，这儿听到的是德国佛罗里成都的一个角，一万公里，这是人造卫星上见到的，要离开月球了；十万公里，看上去月球很小了，我在那里呀？一百万公里，月球和月亮的运行轨道，红色部份是月亮的运行轨道；一千万公里，月球轨道的一部份；一万万公里，金星和月球的轨道；十亿公里，水星、金星、木星和月球的轨道；一百亿公里，这时我们能看见太阳系和行星运行的轨道；一千亿公里，太阳系看上去显得有点小了；一万亿公里，太阳看上去就是诸多星体中的一颗，就是红框旁边的那一颗，边上都是星体；一光年，（光年是天文学里检测距离的单位，光一秒钟走30万公里，光一年所走的距离就是一光年。在天文距离上用公里就没办法来统计了，数字太大了。）十光年，一百光年测量平均速度教学设计，在这个距离上我们早已在银河系里面旅行了，你看漫天的星斗，我们还没有出银河系；十万光年，开始接触银河系的外围了；好，这就是银河系，一百万光年，从哪个距离我们看见的银河系；一千万光年，我们能够往远处走，可是，我们还是早点回去吧，回家了。宇宙是这么的广阔，人类生活在月球上真是太渺小了，我们是谁？我们将去哪些地方？我们从何而至?这样看了之后，我们的眼界也宽阔了，不要老看着我们眼前的生活上的一些事儿啊，经济上的一些事儿啊，想想我们在自然界太渺小，我们要为小同学的科学教育而拼搏。
如今是往小的地方去，昨天是往宏观的方向，如今是往微观的地方去。一片枝叶，这是十分米的距离，我们看见的树枝的样子；再往上面，一个分米，我们才能看见它的结构了，叶脉呀等等；一个毫米，细胞组织开始显露；十个微米，细胞内部结构；一个微米，细胞的核；这个是染色体了；这是埃米；一百埃，这是DNA的显微相片，不是模型；十埃米；一埃，你们认清楚啦，这是一个碳原子；十个皮米，我们可以看见电子了；这是一个飞米；我们可以见到原子核；十个飞米，碳原子的原子核，一个飞米，才能看见质子。如今你想想，你是宇宙的中心吗？看了这之后呢，我们对整个自然界有个比较深的了解，从检测展开去，我们听到了宇宙的还有物质内部的一些情况，都跟检测有关，都跟我们的厚度单位有关。
（放映幻灯）厚度单位
检测速率——风速计
2、测量速率
接出来我们再讲一个“器”，就是检测风速的，检测风速现今有好多的用具，这里是一个便携式的，适宜我们中学用的风速仪，它是一个用风力驱动的设置，我们看见这当中有一个像小电吊扇一样的东西，假如有风的话，它都会转上去，它不但可以测风速，还可以测温度，或则说风温。刚才我在空调风出口的地方测了一下，是7.9米|秒，风温是24.8度，若果家里面或则是中学里买了空调、修了空调，是不是可以用它来测试风的大小？出口的风温也可以测了。
检测风速的风速计
如今“器”有了，我们探究的课题究竟是做哪些呢？我昨天说的那所实验项目中学，以前用它来做风筝的探究。
中国唐朝的高官万户是世界上第一位航天人，他在一个桌子上，绑了两个大风筝，在桌子上安装了六十四个湖人，他坐在里面想飞上天去，结果摔得粉身碎骨。为了记念万户对航天事业勇敢的探求，地球上有一个环形山被命名为万户。
这所中学的老师们想到做风筝，研究关于风筝的科学问题。
下边我们就来看一下她们如何来设计这个探究活动。项目名称是“放风筝的科学”，所须要的器材有：风筝、风速计、一个强力吊扇。这个吊扇还要装上一个检波罩。为何呢？由于假如后面不装检波罩，下来的风会有些旋风，对我们的测试，对我们的探究会有些影响。在上面装一个检波罩，这个罩上面有一格、一格、一格，有大约如此长吧。风下来之后经过检波，还会横着吹，不会带旋。目前主要是这三个器械。还要做什么事情呢，第一个，我们你们都晓得，风筝下边这个细绳，就是拉住它的那根绳子，它和风筝的联接点很有学问。太靠下了，迎角都会大，假如系在上面一点呢，迎角就比较小，假如再下呢，迎角就更大了，这三种不同的系绳的位置，三个迎角的大小是不一样的，放在吊扇上面去做实验，风速的大小，就拿刚刚那种风速计来测。不是要控制可变诱因吗？控制风速，我改变系绳的位置，改变那种迎角，来看它是不是就能保持稳定，不会翻掉。
照理风筝是有尾巴的，为了简约一点，图上没有出现尾巴。
这个研究风筝迎角的案例，中学老师早已试过了，就在普通电吊扇下试，还没有用我昨天所说的那种强力电吊扇，疗效还比较好。并且，有一个问题，就是风速一定要稳定，那就是要用风速计测试好以后来做，控制好一个变量。
探究的第二个问题，是风速和风筝能够放飞的关系。这儿有风扇，风速不同，你看红颜色的是强悍的风，这个是中等大小的风，这个是小点的风，角度都一样，系绳的位置都一样，之后看风筝在电吊扇前的稳定情况，风小时风筝肯定容易掉出来，由于风筝本身有重量；我预测强风其实没问题；中等风可能会摇摇晃晃；低速风会掉出来，这是她们研究的第二个问题。
第三个问题，是风筝的重量和能够放飞的关系，这就比较容易理解，假如风筝本身很重，其实放飞会有些问题；太轻或则说风筝的重心调整不好可能也会出现一些问题，老师们如今早已在做风筝，等我回家就开始做实验。
我们把“器”和探究活动的案例结合上去，使实验做上去更科学，更便捷，实验的结果更确切。女儿们也会特别有兴趣。
上期预告
李子平
《科学探究之“器”（二）》
检测体温、电流、声音等
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