標新“力”異
——紙杯塔平衡力的探究與發(fā)現(xiàn)

文/唐蘊娟 江蘇省太倉市高新區(qū)婁江幼教中心婁江幼兒園

一、紙杯塔平衡游戲由來

在多米諾骨牌游戲中，孩子們發(fā)現(xiàn)推力能讓靜止不動的骨牌倒塌，由于力的傳遞性讓骨牌中的各種裝制奇妙地滾動、轉(zhuǎn)動、滑動……有一名孩子提出：力能不能讓物體保持穩(wěn)定平衡呢？我嘗試提供紙杯，讓孩子們在紙杯塔平衡游戲中尋找他們眼中神奇的“力”。

二、探究紙杯塔平衡游戲軌跡

軌跡一：自主探究，初步發(fā)現(xiàn)平衡力的存在。

紙杯投放第一天，嘉一用許多紙杯疊杯塔，冠喬找來薯片桶穩(wěn)固。嘉一問：“我的杯塔很高很穩(wěn)定，這里有力嗎？”瑩瑩問：“如果有力，是什么力？”嘉一說：“力都有名稱的，比如拉力、推力，紙杯塔里藏著什么力？”

【觀察分析】《3～6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》提出：“理解幼兒的學(xué)習(xí)方式和特點，是以直接經(jīng)驗為基礎(chǔ)，在游戲和日常生活中進行，要珍視游戲和生活的獨特價值?！蓖ㄟ^本次紙杯自主游戲，我發(fā)現(xiàn)砌墻式的疊杯塔是孩子現(xiàn)有的直接經(jīng)驗。

【問題聚焦】產(chǎn)生杯塔中是否有力的猜測，對杯塔中神奇的力充滿好奇。

【教師感悟】提取來自孩子們的已有經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)游戲中隱藏的關(guān)鍵性經(jīng)驗是“平衡和穩(wěn)定”，引領(lǐng)孩子們改變杯塔外形進一步感受平衡力。

軌跡二：改變底座形狀和排列順序，初步感受平衡狀態(tài)下力的作用點差異。

第二次，教師提出三種可能：（1）能不能改變紙杯塔的底座。（2）能不能改變杯底杯口的方向。（3）杯塔一定要尖尖的嗎？禹辰和睿辰用梅花樁底座，采用ABAB的模式向上疊。A即杯口向下，B即杯口向上。教師問：“疊的過程中遇到了什么困難了嗎？”禹辰說：“剛開始我沒有注意到梅花形圍起來的特點，擺放的時候間距不均勻，倒塌過幾次。后來觀察好位置，讓每個紙杯都放得很平穩(wěn)，就成功了?！?/p>

【觀察分析】禹辰采用梅花形圍攏，中間成空心狀，紙杯均衡擺放在相鄰兩個力的作用點上，只要每層杯塔數(shù)量保持一致，力的作用點會相互支撐，杯塔就能保持穩(wěn)定。

【問題聚焦】由于杯塔底座形狀改變，排列方式不同，出現(xiàn)平衡狀態(tài)下力的作用點有差異，其他形狀圍攏是否也可行？

【教師感悟】紙杯塔由實心單面砌墻式疊高轉(zhuǎn)向立體的圍攏疊高，對平衡力的感知出現(xiàn)空間架構(gòu)思維方式。

軌跡三：連結(jié)多個橢圓形底座，發(fā)現(xiàn)連結(jié)處力的作用點規(guī)律。

第三次，禹辰提出疊底座為兩個橢圓形組合的“8”字形。先分成兩組各自疊橢圓形底座，他看了許久說：“兩個橢圓形連接處有個小洞洞，這里可以擺一個紙杯，這樣兩個橢圓形就合體成‘8’。”禹辰在兩個杯塔連接處擺放了白色紙杯。第三層，三個孩子一起圍攏橢圓形。圍攏第四層時，禹辰拿起一個白色紙杯說：“連結(jié)兩個橢圓形的中心紙杯，我用白色紙杯擺進去，像做標記一樣?！蔽鍖颖樌B結(jié)，呈現(xiàn)非常穩(wěn)定的狀態(tài)。紙杯用完了，嘉一邀請一航合作，提供更多的紙杯，當所有紙杯都用盡時，他們自動分工，有的當運輸工去建構(gòu)區(qū)運輸材料（紙筒、易拉罐、積木），有的繼續(xù)疊高。最后用多種輔助材料和紙杯結(jié)合疊出高塔。

【觀察分析】兩個同樣大小的橢圓形圍攏形成兩個封閉穩(wěn)定的底座，如果沒有中間的連結(jié)，兩個杯塔的平衡力還是獨立的。禹辰發(fā)現(xiàn)第二層杯塔兩個橢圓形中間力的作用點是集中在四個相鄰紙杯上，只有讓四個力的作用點分布均勻才能讓“8”字形杯塔產(chǎn)生穩(wěn)定的平衡力。這是一個關(guān)鍵的線索。另一個重要線索是二層、四層、六層……雙數(shù)層用白色紙杯擺放做標志，讓規(guī)律更加明確清晰。在探究中，孩子們自覺形成合作小組，根據(jù)各人的優(yōu)勢和特點進行分工，團隊意識得到進一步提高。

【問題聚焦】橢圓形圍攏能形成封閉的穩(wěn)定狀態(tài)，兩個橢圓形組合形成新的力的作用點，讓杯塔更加穩(wěn)定平衡。那么，所有能圍攏成封閉狀態(tài)的形狀都能連結(jié)且作用點都一樣嗎？

【教師感悟】在比較中逐步了解事物間的異同、相互聯(lián)系，尋找到連結(jié)作用點的規(guī)律。在探究中尋找規(guī)律讓孩子的思維更加抽象、嚴謹。

軌跡四：采用改變杯口方向和擺放方法，解決方形杯塔轉(zhuǎn)角力的作用點不穩(wěn)定問題。

第四次，嘉一提出疊一個方形底座的杯塔。疊到第二層軒羽說：“只有3個比第一層少了1個紙杯。”嘉一說：“沒關(guān)系的，反正很穩(wěn)定，繼續(xù)往上疊?！睕v熠說：“這里轉(zhuǎn)角已經(jīng)很狹小了，怎么擺？”軒羽說：“應(yīng)該擺兩個。”剛擺進去，紙杯向外掉了下去。嘉一說：“那擺一個呢？”泇熠又說：“擺一個很空怎么辦？”教師說：“轉(zhuǎn)角的地方杯口大擠不下，那紙杯哪個部位小些呢，興許能擺放?！奔我宦牶蟊诔?，杯底著力擺放在轉(zhuǎn)角處，第三層穩(wěn)定了。疊了五層、六層，軒羽說：“我擺放完以后，馬上在它上面疊了一個紙杯，下面的紙杯就被上面的壓住不會倒塌?！闭f完，他示范了一下。嘉一說：“難道這是壓力嗎？”教師說：“這里有三個力，下面紙杯有支撐力，上面紙杯有壓力，還有一個是地球的吸引力。”一航說：“紙杯塔有這么多力的幫助，太奇妙了！”

【觀察分析】從兩個解決問題的策略來看，第一個關(guān)鍵是尋找相適應(yīng)受力點，使紙杯穩(wěn)定；第二個關(guān)鍵是靈活運用了壓力使紙杯平衡，孩子們不僅提高了操作能力，也對平衡力有了比較整體的認知。

【問題聚焦】紙杯塔平衡有壓力、支撐力和重力，那么在生活中的很多地方都有支撐力、壓力和重力的存在嗎？

【教師感悟】疊方形紙杯塔游戲中，孩子們發(fā)現(xiàn)紙杯塔穩(wěn)定的因素很多，產(chǎn)生平衡力的方式很豐富，解決問題的方法更加靈活多樣。

三、紙杯塔平衡游戲的收獲與反思

在紙杯塔平衡游戲探究中，孩子們充分感受了紙杯的特性，將紙杯的外形特點、色彩搭配與設(shè)計杯塔底座，擺放排列塔身模式自由結(jié)合，并且靈活運用生活中的材料與紙杯疊高結(jié)合，盡可能發(fā)揮自己現(xiàn)有的操作技能和已有的認知經(jīng)驗去發(fā)現(xiàn)神秘的平衡力，這是多么有意義的過程，比初中物理課上一條原理或是一個演示要生動、有趣百倍。

歷時一個月的紙杯塔游戲，孩子們從簡單散漫地玩，到科學(xué)探究地玩。這些游戲的經(jīng)歷讓孩子們逐步走進探究、發(fā)現(xiàn)的殿堂，科學(xué)的光亮在指引孩子們前行。

我是一位幸福的教師，和孩子們一起成長，一起探究、一起發(fā)展，感受幼兒園科學(xué)游戲的別有洞天。在紙杯塔探究游戲中，我有時是觀察者，關(guān)注著孩子的一言一行；有時是支持者，幫助他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題；有時是引導(dǎo)者，在適當?shù)臅r機給予點撥；有時是合作者，加入他們的團隊，給他們加油打氣，收獲和孩子們一起探究途中的無限精彩。