《怎樣才省力》教學(xué)片段與評析

五年級“簡單機(jī)械”單元屬于技術(shù)與工程領(lǐng)域的內(nèi)容，本單元是按照“總—分—總”的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)的，即學(xué)生先從整體上感知簡單機(jī)械，再深入了解每種簡單機(jī)械的性質(zhì)，最后綜合所學(xué)了解簡單機(jī)械的應(yīng)用。《怎樣才省力》是本單元的起始課，旨在讓學(xué)生從整體上感知生活中4種簡單機(jī)械的類型、特點(diǎn)、應(yīng)用等，提升認(rèn)識簡單機(jī)械的興趣。

從科學(xué)觀念看，學(xué)生有在生活中使用簡單機(jī)械可省力的體驗(yàn)，但對簡單機(jī)械的特點(diǎn)和概念認(rèn)識不夠清晰。從科學(xué)思維看，學(xué)生正處于從形象思維到抽象思維的快速發(fā)展時(shí)期，這就決定了對他們高階思維能力的培養(yǎng)尤為重要；學(xué)生對常見工具的名稱、使用方法都比較熟悉，但將使用這些工具搬動物體的過程生成模型進(jìn)行表征，從而建立起證據(jù)與觀點(diǎn)之間的關(guān)系相對較難，這也是教學(xué)需要突破的難點(diǎn)。從探究實(shí)踐看，學(xué)生已初步具有從事物的結(jié)構(gòu)、功能、變化及相互關(guān)系等角度提出探究問題、制訂探究計(jì)劃的能力，教師要設(shè)計(jì)相對開放的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生從不同的角度、用不同的方法完成實(shí)踐活動，以此發(fā)展他們的高階思維能力和自主學(xué)習(xí)能力。從態(tài)度責(zé)任看，學(xué)生比較樂于與他人就分歧進(jìn)行交流和辯論，教師需要搭建與之相適應(yīng)的平臺。

片段一：提出問題

師：學(xué)校重新粉刷墻面，需要把釘裝飾畫的圖釘拔下來，怎樣才能更快、更好地拔下來呢？

生：可以用手拔。

生：可以用羊角錘。

生：可以用一字改錐撬。

師：到底哪種方法比較輕松呢？就讓我們在木板上試一下拔釘子吧。由于涉及羊角錘的使用，那先來看看它的使用方法。

（學(xué)生觀看羊角錘使用方法的視頻。）

師：接下來同學(xué)們可以動手試一試。在活動過程中一定要佩戴手套，避免用力過猛而受傷，將拔出的圖釘放到一次性紙杯中，用完的器械及時(shí)放回工具箱。

（學(xué)生拔圖釘活動結(jié)束后，交流用不同方法拔圖釘?shù)母惺堋＃?/p>

生：我開始嘗試用手拔，很硌手，也很吃力，接著使用羊角錘，發(fā)現(xiàn)非常省力。操作過程中還有個小竅門，羊角錘不能對著自己，這樣會有些費(fèi)力。

生：用一字改錐撬也比較省力，但不如羊角錘方便、安全。

師：我們把凡是能夠改變力的方向和大小的裝置統(tǒng)稱為機(jī)械。羊角錘、一字改錐的結(jié)構(gòu)非常簡單，所以又稱為簡單機(jī)械。

評析：生活是學(xué)生學(xué)習(xí)的源泉，教師創(chuàng)設(shè)貼合他們生活的情境，能激發(fā)他們學(xué)習(xí)的內(nèi)在動機(jī)，使他們保持探究興趣，初步對簡單機(jī)械形成總體認(rèn)知，感受到使用簡單機(jī)械能夠省力。

片段二：實(shí)踐操作

1.制訂計(jì)劃

師：簡單機(jī)械的種類有很多，在生活中我們要根據(jù)需求選擇合適的簡單機(jī)械。如果要完成以下任務(wù)，需要用到哪些簡單機(jī)械呢？請各小組展開討論，并說一說你們選擇的原因是什么。

（出示課件：第一組圖片的任務(wù)情境有：將行李箱抬上臺階、擰緊螺母、撬動大石頭、將紅旗升上旗桿頂；第二組圖片展示的有活口扳手、木棍、滑輪、斜坡。學(xué)生小組內(nèi)交流后，匯報(bào)結(jié)果。）

生：推行李箱上階梯需要用到斜坡。

生：將螺母擰緊，需要使用扳手，注意扳手與螺母要匹配。

生：撬動大石頭要用到木棍，我知道運(yùn)用的是杠桿原理，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我認(rèn)為支點(diǎn)放得靠前些會省力。

生：將紅旗升至旗桿頂要選擇滑輪，在頂端放置滑輪，在下方拽繩子就可以將紅旗升上去。

2.動手操作

師：教室里設(shè)置了4個情境區(qū)域，分別是幫助老師將行李箱搬上臺階、擰緊木板上的螺母、撬動大石頭、將紅旗升至旗桿頂。同學(xué)們選擇合適的簡單機(jī)械，完成相應(yīng)的任務(wù)。大家操作過程中一定要佩戴手套，注意安全，每項(xiàng)任務(wù)完成后要將工具還原。

（學(xué)生分小組實(shí)踐操作。）

師：哪個小組說一說是如何操作的？

生：第一次用手將行李箱拎上平臺，非常費(fèi)勁。后來我們沿著斜面把行李箱拖了上去，省力很多。

生：使用扳手要注意選擇合適的型號，我們在操作時(shí)發(fā)現(xiàn)要用另一只手固定住螺絲釘?shù)牡撞浚蛔屗鼇y動，然后順著一個方向旋轉(zhuǎn)扳手，這樣螺母就能被擰緊了。

生：撬動大石頭用到了杠桿原理。使用杠桿會更省力一些，而且支點(diǎn)的位置越靠前，就越省力。

生：我們先前想直接將紅旗掛上去，可是旗桿太高，夠不到頂端，后來我們借助滑輪，直接在下方固定紅旗，通過向下拉繩子，就將紅旗升到旗桿頂了。

師：針對以上的操作過程，其他組還有什么補(bǔ)充或者不同意見嗎？

生：滑輪在使用上可以根據(jù)運(yùn)送物體的大小調(diào)整輪子和繩子的大小、長短以及材質(zhì)。

生：我想補(bǔ)充杠桿部分，撬動大石頭的支點(diǎn)如果移向后方，會成為費(fèi)力杠桿，支點(diǎn)在中間，就會成為等力杠桿。現(xiàn)在游樂場里常見的蹺蹺板就是等力杠桿，古代的投石機(jī)是費(fèi)力杠桿，使用費(fèi)力杠桿投石頭飛出的距離會更遠(yuǎn)。

生：在撬動大石頭時(shí)，我覺得應(yīng)該用扁的木棍，或者前面頭是扁的，這樣效果會更好。

生：如果斜面的坡度再小一些，平緩一些，可能會更省力氣。

評析：獲取充足的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是建構(gòu)模型的基礎(chǔ)，此環(huán)節(jié)學(xué)生通過完成4個任務(wù)，并描述使用簡單機(jī)械的過程，從而獲取建構(gòu)模型所需要的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。總結(jié)每種做法并及時(shí)補(bǔ)充完善，為學(xué)生抽象4種簡單機(jī)械模型的本質(zhì)奠定了經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了他們的發(fā)散思維。

片段三：得出結(jié)論

師：你能畫出其中一個簡單機(jī)械的示意圖嗎？

生：（一邊畫圖，一邊講解）我們以將行李箱拉上臺階這幅圖為例，我們用斜線表示斜面，它與地面形成一個夾角，拉行李箱時(shí)受到的力平行于斜面，這就是斜面的簡單示意圖形。

師：請同學(xué)們按照這個同學(xué)的示范，嘗試把剩下的3個任務(wù)中用到的簡單機(jī)械模型畫出來。

（學(xué)生以小組為單位繪制簡單機(jī)械示意圖，如圖1。）

師：哪個小組來分享你們畫的示意圖呢？

生：我們組畫的是滑輪。這個裝置可以改變力的方向，利用輪子，將繩子繞過它，通過向下的力將物體升起，這樣，人在下方拉拽繞在輪子上的繩子就可以將物體升至高處，非常方便。所以，我們根據(jù)實(shí)物理解這樣繪制：圓圈代表輪子，兩邊的線是繞在輪子上的繩子，力的方向向下，物體隨之上升。有了滑輪裝置，人在下面拉拽繩子，就可以直接將物體運(yùn)到高處，省時(shí)、省力。

生：我們組畫的是杠桿。撬動重物首先需要一個棍子，我們用橫線代表棍子，棍子下方的三角形代表的是支點(diǎn)。因?yàn)橹c(diǎn)靠前會更省力，所以我們把支點(diǎn)的位置靠近重物，這里用圓代表石頭，通過棍子后端施加向下的力，使石頭向上翹起。

生：我們組畫的是輪軸。中心的螺絲釘是一個軸，扳手圍著軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所以我們在繪圖時(shí)，用豎線代表中心軸，力的方向是圍繞軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，箭頭代表旋轉(zhuǎn)的方向。我們發(fā)現(xiàn)如果手放在扳手的近端根本轉(zhuǎn)不動，只有握住扳手的遠(yuǎn)端才能實(shí)現(xiàn)省力。

師：同學(xué)們總結(jié)一下，這些簡單機(jī)械有沒有相同點(diǎn)？

生：都能夠更快地完成工作，提高工作效率。

師：它們的科學(xué)名字分別叫什么？

生：它們分別叫斜面、滑輪、杠桿、輪軸。

評析：用圖示的方式建構(gòu)理想模型是模型建構(gòu)的一種重要方式。學(xué)生通過分析、比較、綜合等思維，抓住了簡單機(jī)械模型的本質(zhì)，從而抽象出四種理想模型。學(xué)生從能說出簡單機(jī)械，到了解4種簡單機(jī)械的特點(diǎn)，經(jīng)歷了建構(gòu)模型的過程。

片段四：應(yīng)用與拓展

師：課件中的物體或裝置都應(yīng)用了哪些簡單機(jī)械呢？請同學(xué)們從工具箱內(nèi)取出相應(yīng)的圖片，以小組為單位分別粘貼到相應(yīng)任務(wù)區(qū)的展牌上。

（學(xué)生交流并在展板上粘貼相應(yīng)的圖片。）

生：我們分別將方向盤、門鎖貼到了輪軸組；剪刀、壓蒜器、蹺蹺板貼到了杠桿組；盤山公路貼到了斜面組；吊車貼到了滑輪組。

生：我看其他同學(xué)都將吊車貼到了滑輪組，吊車的起重臂同樣也運(yùn)用到了杠桿的原理，所以我們組也將它貼到了杠桿組。

師：你考慮得很全面！通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了什么是簡單機(jī)械，了解了它的種類、特點(diǎn)、作用以及生活中的應(yīng)用。關(guān)于簡單機(jī)械，你們還想了解些什么？

生：在運(yùn)輸大體積物品時(shí)，將水灑在地上凍成冰，那么冰算不算簡單機(jī)械？

生：簡單機(jī)械還有哪些種類？

生：三國時(shí)期諸葛亮發(fā)明的木牛流馬算不算簡單機(jī)械呢？

生：生活中哪些物品還用到了簡單機(jī)械？

評析：此活動是本節(jié)課的拓展，學(xué)生通過對簡單機(jī)械的認(rèn)知了解，回歸到生活中的運(yùn)用，深刻體會到科學(xué)與生活的聯(lián)系，了解到科學(xué)的真正價(jià)值，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。

總評

本課立足于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，以科學(xué)思維能力、科學(xué)探究和實(shí)踐能力作為重點(diǎn)，促進(jìn)他們學(xué)習(xí)能力、探究能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展。本課的重難點(diǎn)在于模型建構(gòu)的分析過程，學(xué)生以生活經(jīng)驗(yàn)和操作過程為基礎(chǔ)，從不同角度分析、思考問題，提出新穎而有價(jià)值的觀點(diǎn)，對客觀事物以繪畫的方式進(jìn)行抽象理解和概括，提出合理觀點(diǎn)，較好地建構(gòu)了科學(xué)概念。

本課以學(xué)生的生活為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)他們的認(rèn)知沖突，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)科學(xué)的內(nèi)在動機(jī)、創(chuàng)新思維，讓他們主動參與、動手動腦、積極體驗(yàn)。同時(shí)，教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識和方法進(jìn)行總結(jié)、反思、應(yīng)用與拓展，促進(jìn)他們自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。

（作者單位：邊亞希，河北省石家莊市實(shí)驗(yàn)小學(xué)；郭春霞，河北省石家莊市長安區(qū)教育局教研室；敦文術(shù)，河北省石家莊市教育科學(xué)研究所）