科学实验 / 第 1 周
第 1 周，共 6 周
像科学家和工程师一样思考
核心问题
科学家和工程师怎样弄清什么是真的，又怎样把想法变得更好？
- 纸直升机降落测试
- 45-60 分钟
本周遵循科学探究循环
提问预测测试观察解释改进
核心概念
- 科学家提出问题、做出预测、检验想法、观察结果，并用证据解释自己的发现。
- 工程师通过做出一个东西、测试它、再改进设计来解决问题。
- 公平测试每次只改变一件事，这样你才知道是什么造成了差别。
科学家就是那种会对世界提出仔细的问题、然后想办法去检验答案而不是随便猜的人。工程师把科学家学到的东西拿来建造和改进能解决问题的事物。两者用的其实是同一招：改一处，测一次，看看发生什么，再来一遍。这一周你要放飞一架纸直升机——一条折好的纸条，会一边旋转一边下落——并想办法让它落得尽可能慢。要做到这一点，你不能只靠猜。你得做一次公平测试：除了你想研究的那一样，其他都保持不变，这样你才知道究竟是什么改变了结果。
需要掌握的词
- 预测
- 在动手检验之前，对将要发生什么做出的合理猜测。
- 观察
- 你用感官仔细看而注意到的东西。
- 变量
- 测试中你唯一改变的那一样，比如叶片的长度。
- 公平测试
- 只改变一样、其余全部保持不变的测试。
- 证据
- 你观察并记录下来、能帮助证明你的解释成立的东西。
- 再设计
- 测试之后修改你的设计，让它效果更好。
实验： 纸直升机降落测试
先做预测
在动手拿材料之前，先写下你认为这个实验会发生什么，以及为什么。先做预测，才把动手变成科学。之后你要把预测和真正观察到的结果做对比。
步骤
- 1
提问：哪一架纸直升机落得最慢？这就是你要检验的问题。
- 2
剪一条约 3 厘米宽、20 厘米长的纸条。从中间剪开一半，把上面两片朝相反方向折开做成叶片。在底部夹上一个回形针。
- 3
预测：你觉得叶片长一点还是短一点会落得更慢？在测试前写下你的预测。
- 4
公平测试：每次都从同一高度放开直升机，并且只改变一样——叶片长度。不要推它，松手就好。
- 5
观察：记录它落到地面用了几秒，并留意它如何旋转。多做几次以确认结果。
- 6
把你的结果记在预测旁边。
- 7
改进：做第二架叶片长度不同的直升机，用同样的方法测试。现在哪一架落得更慢？
为什么会这样
直升机下落时，重力把它往下拉，但空气向上顶住倾斜的叶片，让它们旋转起来。旋转的直升机会推开大量空气，这种空气阻力让它慢下来——于是它是飘着落，而不是直直砸下去。叶片更长能兜住更多空气、转得更多，所以通常落得更慢。加上重量后，重力这一边赢得更多一点，于是落得更快。
工程师如何运用它
设计真直升机、降落伞，甚至研究枫树上那些旋转下落的「直升机」种子的工程师，用的都是同一个道理：形状和空气阻力可以控制物体下落的快慢。而且和你一样，工程师每次只改一样再重新测试——这就叫再设计。
你注意到了什么？
回头看看你的预测和结果，然后一起讨论这几个问题。
- 你的预测对吗？你怎么知道的？
- 你改变了哪一样，又保持了哪些不变？
- 为什么同时改变叶片长度和高度就不公平了？
- 是什么让直升机落得更慢？
反思
把你最好的那架纸直升机画下来，并写一句话说明是什么让它落得最慢。
小挑战
只用一张纸，设计出能在空中停留最久的直升机。用计时来证明。
想再深入一点吗？
一次加一个，加上第二个和第三个回形针，测试额外的重量如何改变下落。其他一切保持不变。
结束之前
- 我在测试前提出了问题并写下了预测。
- 我只改变一样，做了一次公平测试。
- 我记录了直升机下落所用的时间。
- 我解释了自己的直升机为什么落得慢或快。
- 我重新设计并再测了一次。
做完实验和反思了吗？把本周标记为完成，就能记录你在这门 6 周课程中的进度。
实验笔记
一边做一边写下自己的科学笔记，它们遵循你这周用的同一个循环。笔记只保存在本设备上，不会发送到任何地方。你也可以打印本课，用手写。
你想弄清楚什么？
你原本以为会发生什么，为什么？
为了做到公平测试，你只改了哪一样？
你看到、听到或量到了什么？
把你观察到的当作证据。
你会改什么来让它更好用？
把发生的事画下来
画出你的实验或改进后的设计，并把你改动的部分圈出来。