指向學生科學思維發展的進階設計
——以“讓小車運動起來”一課為例

浙江省海寧市實驗小學 顧建鋒

一、教學分析

“讓小車運動起來”是教科版科學四年級上冊第三單元“運動和力”的第1課，本節課從問題“它們（各種類型的車）都是怎樣運動起來的”開始，引導學生去調查發現不同車輛的動力來源，然后，設計了“用墊圈的重力作動力”去研究運動和力的關系的活動。本節課旨在引導學生逐步建構“力可以改變物體運動的速度，也可以讓物體啟動或停止”這一概念。

學生已經見過各種各樣運動的車輛，也對這些車運動起來的原因有了一定的了解。但是，他們并沒有從科學實驗的角度去研究小車運動和力的關系。利用墊圈的重力作為拉動小車的力，這種方法比較容易控制拉力的大小。因此，教材安排了“讓車運動起來”的探究實驗，旨在通過小車研究運動和力的關系，這是本節課的教學重點。

基于以上分析，筆者設定以下教學目標。

（一）科學觀念

（1）力可以使靜止的物體運動起來。

（2）拉力越大，小車運動得越快；拉力越小，小車運動得越慢。

（二）科學思維

在研究過程中讓學生逐步了解數據與邏輯之間的關系，并嘗試著去推理。

（三）探究實踐

會安裝重力小車去拉動小車，會研究拉力大小與小車運動速度的關系。

（四）態度責任

培養學生進一步研究運動和力的興趣，使其意識到要用實驗數據證明自己的推測。

二、教學過程

（一）聚焦問題

師：今天老師給大家播放一段視頻，請同學們仔細觀看（視頻內容為從古至今各種各樣的車的運動）。

（學生看視頻）

師：這些不同的車是靠什么運動起來的？

生1：手推車靠人力，馬車靠馬的拉力，自行車靠人力。

生2：火車是靠蒸汽機帶動的。

生3：汽車靠燃油燃燒產生的力。

生4：高鐵靠的是電力。

師：那誰能用一個詞來概括一下是什么讓這些車運動起來的呢？

生5：這些車都是靠力運動起來的。（教師板書：力）

師：（出示小車）老師也帶來了一輛小車，今天我們要想辦法讓小車運動起來。（出示課題：讓小車運動起來）

【點評】教師利用微視頻聚焦問題，讓學生說一說各種各樣的車是靠什么運動起來的，并用一個詞“力”概括運動和“力”相關，快速聚焦了本單元的主題，同時引出了本次研究的任務。

（二）探索實踐

1.活動一：讓小車動起來

師：同學們，你有什么方法讓小車運動起來嗎？

生1：用手推。

生2：可以綁上氣球，用氣球的反沖力推動小車。

生3：可以用磁鐵吸，因為小車是鐵做的。

......

師：（出示墊圈、棉線、賽道）你能用墊圈讓小車在這個賽道上運動起來嗎？

生1：可以把棉線綁在小車上，另一頭綁上墊圈，用墊圈的重力去拉動下車。

（教師結合學生回答演示）

師：小車動了嗎？為什么沒有動？有什么辦法？

生2：1個墊圈太輕了，可以多掛幾個墊圈。

師：你們想不想試一試？

生（齊）：想。

師：要想知道幾個墊圈能讓小車剛好動起來，怎么掛？

生3：可以多個多個地掛。

師：你們同意他的觀點嗎？

生4：不同意。如果掛5個墊圈，小車運動起來了，不一定剛好是5個，可能是4個或者更少。

師：那怎么掛？

生5：一個一個地掛，掛到小車剛好運動起來即可。

師：明白了嗎？請各小組嘗試一下。

[學生小組合作，完成實驗，并匯總數據（如表1）]

表1 “讓小車運動起來”各小組匯總表

師：（匯總數據后）現在誰能說一說是什么讓小車運動起來的？

生1：是墊圈的重力。

師：有補充嗎？

生2：是墊圈的重力通過棉繩轉化為拉力讓小車運動起來的。

師：是的，墊圈的重力是向下的，通過棉繩轉換為水平方向的拉力讓小車運動起來了。（教師板書，如圖1）

圖1 板書圖

【點評】讓小車動起來的活動，主要是要讓學生知道墊圈的重力可以轉化為拉力從而使小車運動起來。在這個過程中，教師圍繞墊圈“怎么掛”進行了思辨，讓學生知道需要一個一個地掛，這樣才能準確地測出剛好使小車運動起來所需要的力。

2.活動二：讓小車快起來

師：同學們，你們想不想讓小車運動得快一點兒？你有什么辦法？

生1：可以增加墊圈的數量。

師：你是怎么想的？

生2：我認為墊圈的數量越多，小車受到的拉力也就越大，拉力越大，小車行駛得越快。

師：你的意思是拉力越大，小車運動的速度就越快，是嗎？

（學生點頭）

師：有辦法來證明嗎？

生（齊）：實驗。

師：那怎么增加墊圈呢？小組商量一下，把它記錄在記錄單上。

（小組討論）

師：哪個小組來交流一下？

生1：我們打算一個一個地加，原來4個墊圈使小車運動起來了，接下來我們準備用5個、6個分別測試一下。

生2：我們打算多個多個地加，原來3個墊圈使小車運動起來了，接下來我們準備用6個、9個分別測試一下。

師：你們支持哪個小組的做法？

生3：我認為一個一個地加效果不夠明顯。

師：為什么這么想？

生3：因為一個一個地加，可能會因為計時等原因，測得的速度數據不準確。

師：你們同意這名同學的觀點嗎？

（學生表示同意）

【點評】讓小車快起來的活動主要是讓學生通過探究建構“拉力越大，小車行駛得越快”這個科學概念。在這個過程中，讓學生再次思辨墊圈“怎么加”是非常有意義的。學生需要知道有許多因素會影響實驗的準確性，如掐秒表的誤差、實驗中的誤差等，所以墊圈數量差距大一些，實驗最終的結果更為科學。

師：是的，我們可以多個多個地加，那怎么比快慢呢？

生4：可以在相同路程的情況下比時間，時間短的更快，時間長的更慢。

師：老師給你們提供了計時工具——秒表。那么，如何確保路程相等呢？

生：我們統一車頭對準起點開始，車頭碰到終點結束，這樣每個小組的路程都是一樣長的。

（小組活動，教師巡視）

師：哪個小組來匯報一下你們測試得到的數據？（第3、4、7小組學生展示數據，教師用線連成折線圖，圖略）

師：你們有什么發現？

生（第3小組）：我們發現墊圈個數越多，小車行駛所用的時間越少。

師：有補充嗎？

生（第7小組）：墊圈越多也就說明拉力越大，所以我們可以得出拉力越大，小車行駛的速度也就越快。

師（小結）：是的，各個小組的數據都證明了這一點。

【點評】教師讓學生把實驗數據呈現出來，并繪制成折線統計圖，數據圖形化表達，直觀形象，學生從圖中能非常清晰地看出小車運動速度與拉力大小之間的關系。

3.活動三：讓小車準起來

師：同學們表現得非常棒，老師這里有一個挑戰性任務，從賽道起點到終點正好都是60cm，你們能不能讓小車從起點到終點正好用3秒時間（如圖2）呢？

圖2 調整實驗示意圖

（小組交流討論）

生1（第4小組）：我們打算先用7個墊圈試一試。

師：其他小組有問題要問他們嗎？

師：你們是怎么想的？

生1（第4小組）：我們前面一個實驗用4個墊圈，時間為4.9秒，用8個墊圈時間為2.7秒；現在要控制在3秒，所以我們選擇了7個墊圈。

師：老師發現你們很棒，能基于前一個實驗的數據進行推理。那如果測出來時間小于3秒，你們打算怎么辦？

生2（第4小組）：如果小于3秒，說明用的拉力過大，需要減少墊圈數量。

師：你們同意他們的做法嗎？

（學生都表示同意）

師：那請每一個小組再確認一下自己小組用的墊圈數量，開始挑戰吧！

（學生分組挑戰后交流匯報）

師：有挑戰成功的小組嗎？說說你們是怎么做的。

生（第5小組）：（呈現如表2數據）第一次，我們先用6個墊圈，發現用時3.81秒。為了接近3秒，第二次我們嘗試用7個墊圈，用時3.11秒，然后繼續用7個墊圈，時間基本都在3秒多一點。

表2 挑戰任務“讓小車準起來”記錄單

師：同學們，這個小組非常棒，能基于上一個實驗進行合理的推理，去探索挑戰新的任務。

【點評】“讓小車準起來”的探究活動具有挑戰性，需要學生在前一個實驗的基礎上，分析數據并做出決策判斷，能夠培養學生的決策能力。這樣的設計有學習進階的思考，對于培養學生的高階思維能力非常有幫助。

（三）小結提升

師：同學們，這節課我們利用墊圈的重力轉化為拉力讓小車運動起來了，我們還有很多方法讓小車運動起來，后續的課堂中我們將繼續進行研究。

三、總評與思考

首先，三個探究活動體現了學習進階。教師很好地處理了三個活動之間的關系，用“讓小車動起來”“讓小車快起來”“讓小車準起來”三個具有梯度的探究活動串起本節課，較好地達成了本節課科學概念的建構，層次清晰?！白屝≤噭悠饋怼钡哪繕耸亲寣W生知道當墊圈的個數達到一定數量時，小車才會由靜止狀態變為運動狀態。這節課中能讓小車運動起來的力是由墊圈的重力轉化而來的拉力。這個活動并不難，在教學過程中教師要有意識地為學生開展第二個活動做鋪墊?！白屝≤嚳炱饋怼笔潜竟澱n的核心活動，主要讓學生觀察拉力大小對小車運動速度的影響，拉力越大，小車運動得越快，即加的墊圈越多，小車運動的速度越快。這個活動主要讓學生通過小組合作的方式，進行實踐探究活動，收集數據、分析數據、發現規律、形成概念?！白屝≤嚋势饋怼笔且粋€提升活動，它是基于學生對原有數據的分析而展開的，這也體現了活動之間的進階思考。

其次，交流研討聚焦學生思維發展。本節課教師借助實驗數據引導學生開展研討。特別是關注了“墊圈怎么加”這個問題。在第一個活動中，圍繞“怎么加”做研討，學生知道應該要一個一個地加墊圈才能測出剛好讓小車運動起來所需要的力；在第二個活動中，再次圍繞“怎么加”展開研討，學生通過研討逐步理解應該要多個多個地加，這樣能夠讓實驗數據更準確，更能發現規律。第三個活動“讓小車準起來”則圍繞第二個實驗的數據展開，讓學生去決策，這對學生高階思維的培養至關重要。學生只有在分析了前一個實驗的基礎上去決策，才能快速地找到最接近3秒所需的墊圈數量，才能用較少的時間去完成挑戰任務。這培養了學生的決策能力，是對學生思維的一種有效訓練。

最后，搭建教學支架聚焦數據的轉化。在第二個活動的研討環節，教師給出了交流展示支架。教師借助一張數據統計圖（圖略），讓學生把實驗數據直接表達在統計圖中，然后教師用不同顏色的筆連線制成折線圖，再讓學生進行分析，學生很快就從中發現了規律。同時，也為第三個活動提供了支撐，學生借助圖表，能較快地找到答案。如第4小組學生所說：“我們前面一個實驗用4個墊圈，時間為4.9秒，用8個墊圈時間為2.7秒；現在要控制在3秒，所以我們選擇了7個墊圈?！睂W生表述有理有據，正是借助了這樣的學習支架。