“憤怒”的棉花糖

李佩寧

人類的戰爭史也是一部認識科學規律、利用科學規律的歷史，科學對于戰爭形態的變化起到了顛覆性的作用。如投石車的出現改變了攻城戰爭的形態，巨大的石塊被利用杠桿原理拋出，這就是古代的“炮（砲）”。投石車在冷兵器時代，堪稱超遠程打擊。通過探尋歷史來學習科學，能夠促進文理學科的融合。

一、課程重點

本課程旨在讓學生通過學習歷史事件、物理概念、測量方法等，根據探究過程和記錄的實驗數據，分析、歸納投石車的規律和拋物線的軌跡，利用規律模擬歷史上的戰爭情形。

【涉及領域】物理、數學

【建議年級】小學中年級

【建議時間】110分鐘

二、課程任務

學生首先學習人類使用投石車的歷史以及古代投石車的種類，嘗試總結投石車的物理特征。之后，將親自制作一個投石車，并根據工作單并要求測試，嘗試控制投擲的距離和投擲的角度。最后，根據教師給定的情景完成投石車的發射。成功的小組上臺展示出說明。需要額外說明的是，任務中的材料用量是有限制的。

三、課程步驟

1.導入（20分鐘）

教師引入人類使用投石車的歷史以及古代投石車的分類和原理，讓學生對投石車有基本的認識。比如，投石車的出現對于古代戰爭形態的變化有巨大的促進作用；按照投石車的力量來源可分為人力投石車、重力投石車、扭力投石車、彈力投石車……之后，讓學生嘗試總結投石車的物理特征。

2.觀察任務（20分鐘）

學生通過教師給出的各種投石車的圖片，總結投石車能夠成功發射要具備哪些要點。觀察后填寫工作單1（見圖1），之后各小組匯報成果。

在學生觀察過程中，教師要重點講解以下內容。

（1）什么是費力杠桿？什么是省力杠桿？

（2）費力杠桿有哪些優勢？（節省移動距離，單位時間移動的距離更遠，速度更快。）

（3）出示圖片，讓學生尋找生活中哪些事物或應用是費力杠桿（如剪刀、筷子、手臂、扇子、鑷子、湯勺、起重機、魚竿、船槳等），體會費力杠桿的作用。

（4）投石車為什么不能用省力杠桿？（單位時間內轉過相同的角度，半徑越大，則切線速度越大。因此，投石車是費力杠桿的第一個原因在于增大石塊投出時的速度。此外，正是因為費力杠桿費力但是節省距離，才能放大動作的速度。反過來想，如果阻力臂要達到相同速度，省力杠桿的動力臂需要更大的速度，而費力杠桿的動力臂則需要很小的速度。）

3.挑戰任務（50分鐘）

各小組根據在上一個任務中發現并匯總的要點，在工作單1中設計圖紙并制作能投擲棉花糖的“投石車”，要求該投石車可以人為控制調節射程。圖紙和實物要體現工作單1中的要點。學生自選以下材料完成“投石車”的制作任務。

【材料】棉花糖，20根皮筋，10雙一次性筷子，鋁箔，熱熔膠槍，細棉線

教師宣布該環節的測試任務和攻城任務，并呈現評價量規（見表1）。

【測試任務】各組完成制作任務后要進行測試，記錄達到不同的射程和高度需要如何配置投石車，制作投石車發射手冊。

【攻城任務】能夠從不同位置、不同距離與高度“對城池進行炮擊”。填寫工作單2（見圖2）。

4.總結和反思（20分鐘）

全部小組完成后，教師組織討論以下問題。

（1）你們組在意見上是否有分歧？有哪些分歧？最終彼此是如何達成一致的？

（2）你們小組是怎么解決射程可調這個問題的？

（3）怎樣使你們的設計更加優化，以降低成本和快速組裝？

【拓展任務】在實戰中，如果城墻破壞嚴重，即便攻下城池，也需要進行長時間的城墻修補，而如果這時敵人反攻回來，則不利于防守。那么在不破壞城墻的前提下，你能想辦法讓投石車打到躲在墻后面的敵人和武器嗎？

（責任編輯 張慧籽）