玻璃球軌道

李佩寧

力和運動是物理學中最常見的核心內容，相關的知識點眾多且集中。在STEM課程中引導學生學習這些知識，并進行相關實踐，有助于學生掌握速度與時間的規律。

一、課程重點

本課程旨在讓學生了解滾動摩擦的情形下物體運動的基本規律。在課程教學中，教師要注意創設讓學生可以主動參與以及競爭的情境。

【涉及領域】工程、物理學、數學、寫作

【建議年級】小學低年級

【建議時間】140分鐘

二、課程任務

發現球體的運動規律（主要是加速與減速運動），了解摩擦力，對速度的方向和分解形成感性認識，培養實際發現問題、解決問題的能力。

三、課程步驟

1.導入（15分鐘）

第一步，簡述軌道和加速度的概念。軌道是固定的運動區域，是為了限制某些物體按照既定路線運動而設計出來的平臺或管道。加速度就是速度越來越快的運動。一直保持某個方向的受力不平衡，能產生加速運動。接著，舉例什么是軌道。

第二步，簡述什么是摩擦力，并讓學生體驗摩擦力。摩擦力是來源于運動接觸平面通過摩擦產生的相反于運動方向的力。引導學生體驗摩擦力：用手使勁貼在某個平面上，比如桌面，并向前劃，然后攥起拳頭在桌面上滾動，以體驗兩種不同的摩擦力。

2.宣布任務一及評價量規（10分鐘）

【宣布任務】在豎直平面上制作一個傾斜軌道，讓小球能在上面滾動而不會出現偏離軌道的情況。宣布任務后，呈現評價量規（見表1）。之后，讓小組各自進行溝通準備。

【材料】筆、紙張、硬紙板、透明膠、塑料平板（或室內墻壁）、玻璃球、剪刀

3.任務一的執行（20分鐘）

正式執行傾斜軌道制作任務。要求學生依照評價量規，并考慮以下問題。

（1）軌道傾角多少度合適？

（2）軌道應該如何固定在豎直平面上？具體如何操作？需要注意什么細節？

（3）分工如何？（需要以下角色：規劃者、固定豎直平面者、固定軌道者、膠帶加固者、實驗者、記錄者）

4.總結和反思（25分鐘）

全部小組完成后，討論以下問題。

（1）小組怎樣分工？

（2）小組制作軌道時出現了什么問題？為什么出現這樣的問題？

（3）假如需要增加一條軌道，讓小球的整體速度減緩，你們要怎樣做？

（4）【拓展問題】小組討論畫出思考和執行任務的流程圖。

5.宣布任務二及評價量規（10分鐘）

【宣布任務】用現有的材料制作新軌道，使得小球在軌道上保持運動，要求運動時間超過20秒，時間越長越好。各組通過討論，改進原來的分工和設計，制作新的軌道。宣布任務后，呈現評價量規（見表2）。

需要注意的是，關于時長一項的評分，要根據教師實際給予學生的材料以及豎直平面的面積而定，評價標準并非一成不變，教師可以親自經歷實驗后再給出合理評價標準。

6.任務二的執行（40分鐘）

正式執行新軌道制作任務。要求學生依照評價量規，并考慮以下問題。

（1）小組怎樣分工？

（2）小球在下落軌道中產生的加速度的抵消是否經過了實驗檢驗？

（3）是否考慮到了材料的節約？

（4）用什么方法保證軌道對小球的限制？

（5）在有限的空間中如何安排軌道的上下分布？

（6）【拓展問題】小組討論畫出思考和執行任務的流程圖。

7.全班討論（20分鐘）

所有小組完成后，挑選第一名的小組進行匯報總結。若時間允許的話，讓盡可能多的組員發言。發言內容基于以下問題。

（1）小組怎樣分工？

（2）實驗在工程進展中的重要性如何？

（3）上下軌道是否有連接？如何讓小球持續運動同時保持較小的速度？

（4）小球是否有自由下落的過程？是否需要計算這部分產生的速度增量？是否在這個環節進行了實驗？

（5）在有限的空間中如何安排軌道的上下分布？具體如何操作？

（6）有什么意外的問題出現？

如果時間充裕，請各組的觀察者代表小組做觀察報告。

（責任編輯 張慧籽）