《運動與摩擦力》教學案例與評析

《運動與摩擦力》為教科版四年級上冊第三單元第五課。該課以“怎樣減小摩擦力”為主線，引導學生通過解決真實情境搬箱子費勁，探究滑動時的摩擦力大小和滾動時的摩擦力大小，通過搜集數據證明自己的猜測。如何搜集可靠、嚴謹的證據，學生可通過實驗設計、探究合作等環節，親身經歷探究過程，在不斷思維碰撞的過程中、探究實驗中明白搜集可靠證據的意義。

一、教學分析

《運動與摩擦力》是四年級上冊《運動和力》單元的第5課。本單元的第1課已為本課的探索情境做了鋪墊，第1課主要是研究多大的拉力能使重物運動起來，以及用更大的拉力后，重物運動的快慢會怎樣變化，本課將研究重點定位至剛好使物體運動起來的拉力就相當于最少要用多大的力，才能克服摩擦力讓小車動起來。學生弄清楚這個知識點后，在后續的“利用墊圈個數表示測量摩擦力大小”的活動中，才會有更好的實踐體驗。

在四年級學生的生活經驗中，對“摩擦力”這個詞已經比較熟悉，對物體運動會受到摩擦力的現象也不陌生。但是，對摩擦力的概念以及如何知道摩擦力的大小、如何減小摩擦力等問題還要進行深入了解，因此本課將以此作為學習的起點。在動手能力方面，墊圈掛法操作對四年級學生還是有一定難度，需要教師在前課以及實驗前強調并演示，指導學生規范進行實驗操作。同時，四年級的學生雖已養成了記錄習慣、實驗習慣，認真傾聽他人發言還有待加強。

二、教學流程

（一）創設情境提出問題

為學生創設真實的問題情境，認識到物體在運動中產生并受到摩擦力。由真實情境搬箱子費勁引出摩擦力的概念——摩擦發生在運動物體的接觸面之間，提出產生摩擦的兩個條件：①兩個物體相互運動;②兩個物體接觸。由“摩擦”理解“摩擦力（運動的物體往往會受到一種阻礙物體運動的力，這種力叫做摩擦力）”，學生會理解得更加透徹。

在理解摩擦力的概念后，聯系三年級下冊第一單元所學的物體的運動方式，分析箱子在地面上的運動方式——滑動。再重回真實情境：同學在拖動箱子時很費勁，箱子在地面上滑動時的摩擦力大小到底是多少呢？由此聚焦第一個探究問題：滑動的方式下物體受到的摩擦力大小。

（二）小組合作探究實驗

出示實驗材料：木板（帶滑輪）、系好繩子的小車（無輪子）、若干墊圈。學生通過本單元的第一節課《讓小車運動起來》能夠知曉墊圈所產生的拉力能夠克服阻力，從而設計出實驗測量摩擦力大小。這部分活動是模擬真實情境中的搬箱子，以木板模擬地面，小車模擬重物，墊圈模擬拖動重物的力，通過引導學生模擬搬運重物來體驗，并用墊圈個數表示摩擦力的大小。

1.探究滑動的運動方式與摩擦力的關系

測量滑動時的摩擦力大小時，要求學生根據出示的實驗器材設計實驗。

墊圈如何掛？觀察什么？記錄什么？在本單元第一節課《讓小車運動起來》學生已知曉墊圈輕掛輕放，并且只能一個一個增加，一邊觀察小車是否滑動，不能一次性增加多個墊圈，否則實驗結果會不準確。在向學生提問墊圈掛到什么時候就不掛時，此問題指向目標中的“會用墊圈數表示摩擦力的大小”，有了本單元之前的課的鋪墊，部分學生能夠說出墊圈數量代表摩擦力的大小，這也從另一層面認識物體在木板上是會受到摩擦力的，因此阻礙了它從靜止到運動。其實，這是物體受到的靜摩擦力。這里學生從感知摩擦力上升到對摩擦力有了進一步的理解和體驗，但限于學生的認知程度，在第一部分只是給出了動摩擦力的定義。

實驗表格中記錄墊圈數量涉及到三次實驗取“平均值”，通過調查，發現四年級的學生還未系統地學習“平均數”，故從三年級數據處理的三種方式——平均數、眾數、中位數中，選取“中位數”的處理方式。一來，三次實驗不一定出現“眾數”;二來，取“平均數”難免出現小數，但墊圈數量為整數。取中位數的方法更加直截了當。

實驗完成后，引導學生思考：墊圈很少時，小車為什么不滑動？有了前面第一節課《讓小車運動起來》的知識鋪墊，學生能夠較容易聯想到墊圈重力所產生的拉力不能克服阻力，所以小車不動。部分同學能夠明確指出這個阻力即為摩擦力。學生在此的想法是墊圈的拉力“小于”摩擦力。這里教師不給予否定、肯定學生的思路，但是要求學生以更加規范的用語去描述：小車要運動，墊圈所產生的拉力要克服摩擦力。

2.探究滾動的運動方式與摩擦力的關系

第二個活動是用簡單工具改變物體的運動方式。基于此，教學巧借了古人用滾木搬運重物的場景，提示學生思考此種運動方式——滾動，是如何滿足人類生產生活的需要。學生提出猜測，滾動時可以減小摩擦力。但是猜測沒有證據支撐，所以我們用證據來說話。

本探究實驗操作步驟和第一個活動的基本一致，在小車下添加兩根木棍，同樣要求學生一邊一個一個增加墊圈，一邊觀察小車是否開始運動，記錄恰好發生運動時的墊圈數。在對比滑動時與滾動時兩種運動方式下摩擦力大小時，學生能夠通過記錄的數據，分析出滾動時的墊圈數量比滑動時的墊圈數量少，代表著滾動時的摩擦力比滑動時的摩擦力要小，這也就意味著采用滾動的方式拉動物體運動的力要小一些，可以省力。

教科書提示學生思考滾木的優缺點，所以我們重回古人使用滾木搬運大石塊的情境，讓學生通過實際體驗發現使用滾木的優缺點，優點是可以省力，缺點是需要重復搬滾木，這也引導學生思考技術的改進對滿足人們需求的影響。那什么樣的方法既可以省力，又能夠方便一些呢？順理成章的承接到第三個活動——使用輪子。

3.探究“輪子”給人類帶來的好處

第三個探究活動是給小車加上輪子，學生重復相同的操作。與前面情況相比，加上輪子后，所使用的墊圈數與使用滾木的相差不大，說明可以省力;學生還觀察到，輪子可以持續不斷的滾動，使用更加方便。在此要進一步引導學生從技術與工程的角度去思考，技術的不斷改進能否滿足人類生產生活的需要。由此，承接到下一活動——生活中需要增大摩擦與減小摩擦的例子。

（三）擴展視野聯系生活

輪子的發明將物體運動改變為滾動，這是人類技術的一個偉大進步，有了輪子，我們就發明了自行車、汽車、火車等。從滑動到滾動，從滾動到使用輪子，摩擦力減小，我們的出行速度更加快捷。如果還想要交通工具的摩擦力減小，人類發明了氣墊船與磁懸浮列車，比普通的船與火車速度快很多。如果想要磁懸浮列車停下來，需要剎車，剎車是需要增大摩擦的。從此處讓學生知道，生活之中不是一味的減小摩擦，有的地方是需要增大摩擦，并讓學生舉例哪些地方是增大摩擦。

在學生知曉生活中根據人們不同的需求需要增大或減小摩擦的基礎上，教師出示既有增大摩擦，又有減小摩擦的物品——自行車，讓學生指出哪些地方增大或減小摩擦，并說明理由，進一步加深“人類可以不斷改進技術來滿足增大或減小摩擦力的需求”的理解。

三、教學評析

科學課應當充分體現“探究”，注重學生證據意識、科學思維的培養。通過將本堂課的教學內容進行“編碼”，在創設真實的問題情境下，讓學生親身經歷搜集證據的過程，并思考證據是否嚴謹、可靠。

（一）巧用情境 解決真實問題

問題情境要求教師在一定科學教學目標的引導下，以問題為任務驅動，將學生帶入真實情境，促使學生思考，開展科學探究。真實的問題情境貼近學生的學習生活，學習情境的本質是生動的生活事件，包含與教學內容相應的、具有內在聯系的問題，所以學習情境是問題，但不是知識本身。學習要讓學生重回情境進入發生狀態。如在本課中由真實情境搬箱子費勁，指向如何搬箱子不費勁，通過比較滑動摩擦與滾動摩擦，重回搬箱子的情境，真實體驗滾動時的摩擦比滑動時的摩擦小。

科學講究思維，杜威在《我們怎樣思維》中提出：思維最主要的一個功能就是在新情境中解答問題，排除疑慮，整個思維的過程其實就是梳理、分析和解決問題的過程。換句話說，就是人的思維始于疑問。運用情境，可以促進學生思維訓練與應用。在《運動與摩擦力》一課中，學生的思維始于“如何搬運箱子不費勁”，此后圍繞這一問題進行探究解決，由此調動學生學習的潛能，主動靈活地建構知識，在掌握科學概念的同時，還能掌握思考的方法。

教學情境重在“引”，通過情境設計將學生引入學科內容的學習。在《運動與摩擦力》一課中，開課創設了指向問題的真實情境——搬箱子。從學生生活中熟悉的搬箱子費勁入手，引導學生認識理解摩擦力的概念，體會阻礙物體運動的摩擦力。第二教師給予學生更多學用結合的機會，通過列舉生活中需要增大摩擦的例子，加深“人類對技術的改進是為了滿足人類的不同需求”;并且學生通過尋找自行車增大或減小摩擦的地方，思考增大或減小摩擦的原因，解決與現實問題的關聯，體現科學的學科價值。

（二）尋找數據 培養證據意識

在尋找怎樣搬運重物更加省力時，學生聯系古人搬運大石頭的場景，推測使用滾木會減小摩擦力，但是科學講究證據。所以，師生圍繞“滑動方式下摩擦力小，滾動方式下摩擦力大”的推測尋找證據。怎樣讓證據更可靠，要從實驗材料及方法入手，盡量排除一切可能干擾實驗結果的因素、如接觸面的粗糙程度、墊圈大小、墊圈掛法、小車擺放位置等，至于如何去排除這些因素對實驗結果的影響，教師要引導學生從現有的實驗材料入手，設計實驗。實驗探究既要培養學生的分析能力、質疑與求實精神，又要培養證據意識與設計控制變量的本質。

證據意識是立身之本，作為獲得證據的過程，不是老師直接告知，而是通過做實驗獲得。證據，必須嚴謹，能夠經得起反復驗證。而在實驗過程中為什么要這么做去獲得數據，是需要老師引導學生去思考的。如在探究小車為何要擺在小框內時，引導學生思考此種做法是為了“排除小車位置不正而帶來的其他摩擦力”;墊圈為何要要輕掛輕放，是為了“排除實驗操作不規范使得墊圈數量不準確”。

（三）結構組織 提升科學思維

人的工作記憶只有5-9個板塊，但是在《運動與摩擦力》這節課中，四維目標共10個。如何在一節課當中，讓學生達到學習目標，這就牽扯到“組塊化”。“組塊化”是將項目組織成熟悉的、有意義的單元，其實，老師在不斷修改教學設計的過程中，就是在不斷地進行編碼，將本節課所涉及的目標編碼到一個板塊當中，促使學生能夠在理解概念的基礎上，形成科學概念體系架構，鍛煉科學思維。

另外，“組塊化”與學生的習得情境息息相關。學習的遷移和保持是教學的重要目的之一。從習得情境遷移到其他情境，“組塊化”過程顯得尤為重要。如果“組塊化”成功，代表著復雜的認知過程發展形成，它們不僅會長期保留在記憶中，還會幫助理解復雜程度較低的教學目標。科學學習不限時間空間，常從課堂延伸至課外，科學概念通過教師編碼使得其“組塊化”，學生將會擁有更加充分的思考空間，更加科學的思考方式，便于學生遷移運用，解決生活中真實存在的問題。

（四）探索求知 堅持求真精神

在探索知識時，要本著求真的原則，求的是真知識，通過科學方法的驗證，去偽存真。

在探究滑動時的摩擦力大小與滾動時的摩擦力大小時，從班級記錄表顯示來看，每個小組都存在微小的差異，這是不可避免的。有的學生在看到其他小組測出來的墊圈數大多偏向“1”時，會跟風修改數據，認為其他小組的墊圈數都是“1”，而自己小組的墊圈數為“2”，肯定不對。教師此時要引導學生科學是經過實踐檢驗的，而不是隨心所欲地修改數據、建構理論與概念。科學研究要以實際出發，面對客觀事實，不唯書，不唯上，只唯實。堅持實事求是的嚴謹態度，追求真理。

（張小迪，四川成都人，碩士，吉林省成都高新區尚陽小學科學教師，研究方向：科學與技術教育。）

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