一、用统计学知识解决钢球轨道上的滑行时间段问题

珠海市STEAM教育“过山车”比赛要求钢球滑行的时间为6秒至8秒之间，每组的滑行时间在现场随机抽取。一般来说，滑行时间差0.5秒，基本上就相差一圈轨道了。在比赛的时候，学生抽到一个时间段，如何有把握地知道相对应的轨道长度应该是多少呢？可以在赛前训练时，要求A、B、C三个组分别做一个滑行时间要求是6.10秒的过山车，求他们轨道长度的平均值，记录在笔记本电脑Excel表格里，这是一个有意义的数据。继续让学生团队在结构稳定的情况下把6.20、6.30、6.40、6.50、6.60、6.70、6.80、6.90、7.00、7.10、7.20、7.30、7.40、7.50、7.60、7.70、7.80、7.90 秒所对应的平均轨道长度，都检测记录到Excel表格里，用信息技术探索出其一定的规律。

二、解决过山车滑行时间的精确度问题

要解决过山车滑行时间的精确度问题，除了稳定的组装结构外，需要发展学生的科学思维技能，利用信息技术手段，同时让学生积累有关知识，从新手转变为专家。

（一）科学思维技能方面。认知-转变理论认为，学习是指个体的知识结构发生实质性的改变，换言之，当学生现有的概念被新的概念取代时，学习就产生了。概念-转变包括三步——识别异常情况、建构新模型、使用新模型。如很多学生会直觉地错误认为钢球滑行的速度较慢些，钢球容易控制，滑行时间的误差就会变小。基于这个观念，他们会把第一圈的轨道设置得特别慢。但在实际测量中，这样钢球滑行时间的波动反而变化特别大。当学生已有的错误概念不足以解析目前遇到的问题时，教师应帮助学生意识到这个问题。学生必须用新的概念来取代错误概念。也就是说，他们必须发现一种新的模型来更合理地解释所测得的数据，而不是寻求某些证据来支持他们之前设想。所以负责STEAM教育过山车项目的教师，应教导一下学生如何系统地科学推理，包括如何控制变量，如何利用比例和概率进行思维。

（二）信息技术方面。钢球在轨道滑行中后程的的速度非常快，直接眼睛观察难发现滑行时出现的小问题。此时，可以利用信息技术，把钢球滑行的整过程录像下来，在0.1倍速播放，即可发现滑行过程中出现的细节问题，从而做出相应的细微调整。还可以把每一圈滑行的时间录入到计算机表格里，生成相应图表。研究改变一个小结构对整个滑行时间的影响。从生成的图表里，还大概计算出影响滑行时间多个因子的权重比例。

（三）积累有关知识方面。对于STEAM教育过山车项目，学生应该积累以下的经验知识，从新手转变为专家。

1）调整系统结构时尽量不要大调整，若把就是把一个弯道零件往上或往下调2cm，对滑行时间的影响就已经很大了。

2）安装触发器时，保证其不能卡球，不能让球停在起点处，卡球会导致钢球的初速度不一样，滑行时间误差大。

3）第一圈的滑行，尽量不要太慢，速度尽量快一点，这样时间波动才会没那么大，如果速度太慢，滑行时间就容易会因为环境原因而改变。

4）调整滑行时间前，最好不要把螺丝拧得太紧，调整时间的时候才会更加的方便，从而节约更多的时间。

5）安装轨道软塑料管的时候，轨道要足够顺滑，不能让球卡顿在轨道上，并且要做到美观。

6）滑行时间误差较小的时候，可以适当调节最后一个零件，如果调节了别的地方，滑行时间的误差会容易变大。

7）要多做一些备用的零件，以节省调整轨道的时间。如若要加长轨道，直接拿备用零件用即可，尽量在调节时间前做好零件。

8）每条轨道的速度都不应过慢，否则滑行时间会不稳定。钢球速度过慢，轨道上一点点的障碍，都会导致较大的误差。

9）转角处的轨道不能拉太紧，要微微倾斜，否则速度会太快，影响球的正常滚动，使它脱离轨道。

10）有多余的时间或者结构不稳定时，要多做柱连接，来加强结构和时间的稳定性，最好在顶端和底端都安装上柱连接。

11）调节钢球滑行时间，最好根据轨道总长度来控制时间的长短。

12）过山车支柱要稳稳插在底座上，必须注意到，有些使用多次的支柱管与底座之间的空隙过大，从而使得整个结构变得松动。

13）测量时，学生应要尽快找出钢球落点，否则钢球没有落到指定杯子里，成绩便作废了。

14）尽量少使用卡码来给钢球减速，那样常常导致意外发生，过山车结构的不确定因素大大增加。

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