《斜坡的啟示》教學(xué)片段與評析

董宇

《斜坡的啟示》是《神奇的機械》單元的第3課，屬于課程標準中“技術(shù)與工程”領(lǐng)域“工具是一種物化的技術(shù)”的相關(guān)內(nèi)容。這個單元圍繞著簡單機械展開，學(xué)生在動手探究的基礎(chǔ)上認識杠桿、滑輪、斜面等常見的簡單機械。本課以南京長江大橋的引橋為出發(fā)點，以南浦大橋的螺旋形引橋為落腳點，有層次地設(shè)計了3個探究活動：為什么要建設(shè)引橋，引橋能不能縮短，螺紋疏密不同的螺絲釘哪個擰起來更輕松。同時，以探究拉力大小與坡度的關(guān)系為例，讓學(xué)生親身經(jīng)歷完整的探究過程。

片段一：創(chuàng)設(shè)工程情境，探究使用斜面省力

師：同學(xué)們，2018年南京發(fā)生了一件很重要的事，你們能記起來嗎？（播放視頻：南京長江大橋恢復(fù)通車）南京長江大橋是南京的標志性建筑，在中國橋梁史和世界橋梁史上都具有重要意義。老師帶來了一段閱讀資料（出示課件），你們有什么感興趣的地方嗎？

生：除了正橋以外的部分是什么？叫什么？

師：有人能回答這個問題嗎？

生：那個部分是連接正橋和路堤的橋，叫引橋。

師：（出示正橋模型）為什么要建設(shè)引橋？在正橋上架個吊車，把人和車直接拉上來不行嗎？

生：不方便，太麻煩了。

生：效率太低，會造成擁堵。

師：建引橋僅僅是為了方便和提高效率嗎？引橋?qū)嵸|(zhì)上就是個斜坡，它到底對橋有什么幫助呢？今天我們就一探究竟。

評析：教師以剛剛恢復(fù)通車的南京長江大橋作為導(dǎo)入，通過創(chuàng)設(shè)工程問題的具體情境引入課題，快速了解學(xué)生的前概念，成功聚焦學(xué)生的思維，設(shè)計巧妙。

師：利用這些材料，怎樣還原車上橋的情境呢？

（教師出示材料：橋墩、斜坡、小車，請一位學(xué)生上臺組裝實驗材料。）

師：小車從地面開到正橋上來需要多少力？用到什么工具？

生：彈簧測力計。

師：是的，老師會再提供個彈簧測力計給你。這個實驗要怎么設(shè)計？

生：做個對比實驗，看是直接提拉重物用的力小，還是借助斜坡用的力小。

（教師請一位學(xué)生演示實驗，并強調(diào)注意事項。）

師：現(xiàn)在誰來告訴我，為什么要建引橋？

生：因為使用斜坡比直接提拉重物省力。

師：實際上，生活中的斜坡就是科學(xué)上的斜面，斜面是一種簡單機械，可以省力。（出示圖片）為什么要搭塊板子把油桶滾上去呢？為什么不直接抱上去？

生：使用斜面省力。

評析：工程情境的現(xiàn)場還原，可以達到以下效果：一方面，學(xué)生根據(jù)已有材料設(shè)計對比實驗，驗證使用斜坡比直接提拉重物省力;另一方面，學(xué)生能在觀察演示實驗的過程中把握實驗操作的注意事項，為下一個實驗順利展開打好基礎(chǔ)。

片段二：尋找拉力與坡度的關(guān)系

師：（出示圖片）誰幫老師算一下，南京長江大橋的引橋有多長？

生：3012米。

師：引橋竟然大約是正橋的兩倍長，太浪費了吧！能不能縮短一點？

（學(xué)生思考。）

師：如果提供這些材料給你，你能把實驗方案畫下來嗎？

（教師出示材料：橋墩、斜坡、小車、彈簧測力計，學(xué)生交流并畫方案。）

師：哪個組分享一下你們設(shè)計的實驗方案？

生：使用長斜坡和短斜坡，分別測量小車的拉力。

師：大家贊同嗎？還有什么要補充的嗎？

生：大橋的高度保持不變。

評析：畫實驗方案既是思維整理過程的呈現(xiàn)，又能確保實驗的可行性，避免了空想與不切實際，讓思維訓(xùn)練落到實處。

師：看來大家達成了一致。在實驗操作過程中有什么要注意的嗎？

生：在測量之前，檢查彈簧測力計的指針是否在“0”刻度。

生：拉動方向要與斜坡平行，慢一點。

生：讀數(shù)時眼睛要平視指針。

師：真好，別忘了填寫實驗記錄單。實驗結(jié)束后，我們來分享你們的發(fā)現(xiàn)吧。

（小組合作實驗。）

生：我們組直接提拉重物用力2 N，用長斜坡提拉重物用力0.7 N，用短斜坡用力1.5 N，用長斜坡比短斜坡更省力。

生：我們組也是相似的結(jié)果。

師：現(xiàn)在你們知道為什么南京長江大橋的引橋不能縮短一點了嗎？

生：因為太短的話，上橋比較費力，引橋變長，會更輕松一些。

師：在高度不變的情況下，斜面長短變化了，什么因素也隨之改變了呢？

生：斜面坡度。

師：是呀，斜面坡度才是影響小車拉力的根本因素。你們能否告訴我，使用坡度大的斜面省力多還是使用坡度小的斜面省力多？

生：使用坡度小的斜面省力多。

評析：學(xué)生按照自主設(shè)計的方案進行實驗、收集數(shù)據(jù)、整理發(fā)現(xiàn)、交流分享，規(guī)范而有序。學(xué)生的思維從“使用斜面省力”的較淺層面上升到“使用坡度小的斜面省力多”的更深層面。

片段三：探究變形的斜面

師：（出示圖片）這有兩個螺絲釘，它們粗細、長短都相同，你能看出它們的區(qū)別嗎？

生：螺紋的疏密不同。

師：如果用同樣的螺絲刀擰進相同的木板里，哪個更輕松呢？為什么？

（學(xué)生思考并嘗試回答。）

師：為了揭開這個秘密，我們進行一個有趣的小活動。老師給每個人都帶來了一根小棒（帶螺紋的木棒，此螺紋由直角三角形紙片的斜邊卷成，尾部用雙面膠稍微黏合），它和螺絲釘有沒有相似的地方？

生：都有螺紋。

師：同桌兩個人的螺紋一樣嗎？

生：不一樣，有疏有密。

師：順著小棒下面的“小尾巴”，把螺紋伸展開來，你能發(fā)現(xiàn)什么？

生：原來是高度一樣，長短不同的斜面。

師：現(xiàn)在能告訴我，這兩個螺絲釘，哪個擰起來更輕松了嗎？

生：螺紋密集的擰起來更輕松，因為如果它伸展開，它的斜面坡度比較小，使用坡度小的斜面省力多。

師：螺紋這種斜面跟我們之前看到的斜面一樣嗎？

生：不一樣，螺紋不是筆直的斜面，是變形的斜面。

評析：打開小棒螺紋，展開的螺紋化身為已知的斜面，幫助學(xué)生實現(xiàn)了抽象思維的“可視化”。在一問一答之間，學(xué)生發(fā)現(xiàn)螺紋是變形的斜面。這里的自制教具解決了學(xué)生思維的難點，是幫助學(xué)生實現(xiàn)思維進階的好辦法。

師：變形的斜面在生活中還有很多，簡單介紹紅酒開瓶器、刀刃、臺階等。（出示圖片）這里為什么一定要做成旋轉(zhuǎn)樓梯呢？不能搭一個長斜坡嗎？

生：空間不夠。

師：是的，在空間受限的情況下，往往變形的斜面更能解決問題。（出示圖片）南浦大橋是上海的著名建筑，連接了浦東和浦西，帶動了兩岸的經(jīng)濟繁榮。它為什么要建成這樣呢？

生：因為空間有限，做成螺旋狀，能有效地減小斜面坡度，上橋更輕松些。

評析：教師以分析南浦大橋的引橋設(shè)計作為結(jié)尾，學(xué)以致用，呼應(yīng)了導(dǎo)入部分的南京長江大橋引橋，而且問題難度已然升級。

總 ?評

1.設(shè)置情境，聚焦思維新起點

高年段的教學(xué)也需要形象的情境來促進思維起點的生發(fā)。本課借助“建引橋”這一工程情境來認識斜面概念，讓學(xué)生依次解決“為什么要建設(shè)引橋”“引橋能不能縮短”“南浦大橋為什么建成這樣”等問題，讓學(xué)生在真實的工程情境中感受簡單機械的作用，完成全課學(xué)習(xí)。

2.問題導(dǎo)向，推動思維進階發(fā)展

學(xué)生思維進階的實現(xiàn)往往在于教師有意識的設(shè)計和引導(dǎo)。本課的幾個關(guān)鍵問題推動了兒童思維的逐步發(fā)展：“為什么建設(shè)引橋”問題，引導(dǎo)兒童設(shè)計實驗，了解了使用斜面省力的原理;“引橋能不能縮短”問題，引導(dǎo)兒童展開探究，明確了使用坡度小的斜面省力多;“螺絲釘?shù)穆菁y”問題，引導(dǎo)兒童將抽象的思維具體化，理解了變形斜面的概念，從而解決了南浦大橋形狀為何如此設(shè)計的問題。

3.發(fā)現(xiàn)兒童，實施有意義的建構(gòu)

教學(xué)就是在經(jīng)驗的有效生長過程中，幫助學(xué)生實施有意義的建構(gòu)的過程，而有意義的建構(gòu)，往往基于對兒童的了解和發(fā)現(xiàn)。本課的活動，完整的科學(xué)探究過程使學(xué)生體會到了嚴謹?shù)目茖W(xué)精神，有層次的問題設(shè)置讓學(xué)生實現(xiàn)了認知的深入發(fā)展。這樣的教學(xué)，在“發(fā)現(xiàn)兒童”的基礎(chǔ)上有效實現(xiàn)了“兒童發(fā)現(xiàn)”。