教科版小學(xué)科學(xué)“運動和力”單元若干問題的辨析與應(yīng)對

陳敏

【摘? ?要】教科版小學(xué)科學(xué)五年級上冊第四單元“運動和力”中存在幾個容易混淆的問題——“速度與加速度”“重力、質(zhì)量與重量”“摩擦力”等。因此教師有必要通過辨析進(jìn)一步厘清概念，并根據(jù)實際教學(xué)提出有效的對策。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué);運動和力;問題辨析

“運動和力”是教育科學(xué)出版社出版的（簡稱教科版）小學(xué)科學(xué)五年級上冊第四單元的教學(xué)內(nèi)容。通過教學(xué)觀摩和教材研讀，發(fā)現(xiàn)該單元存在幾組容易混淆的問題，如“速度與加速度”“重力、質(zhì)量與重量”“摩擦力”等。教師有必要進(jìn)行辨析，進(jìn)一步厘清概念，并根據(jù)實際教學(xué)提出有效的對策。

一、速度與加速度

（一）問題的辨析

該單元的前三節(jié)都在研究力與物體運動的關(guān)系，提出“要使靜止的物體運動起來，需要什么條件”“怎樣使物體運動得更快”等問題，并得出“要使靜止的物體運動起來，必須對物體施加力，要使物體運動得更快，必須對物體施加更大的力”的結(jié)論。這一結(jié)論是否合理？

亞里士多德堅持運動需要獲得直接推動力[1]，如馬拉車，車運動，馬停止拉車，車就不再動了[2]。這一認(rèn)識和人們?nèi)粘Ｓ^察的結(jié)果是一致的。教材的結(jié)論與亞里士多德的觀點非常接近。但伽利略、牛頓等科學(xué)家卻通過思想理論和實證性實驗的驗證，證明了這種觀點是與客觀事實不相符的。

雖然《科學(xué)教師教學(xué)用書》對此做了說明——“更科學(xué)地說，是加速度越大，這里用學(xué)生能夠接受的‘運動越快表述這個意思”，但這兩種表述是不能互相替代的。這就是教材表述的問題所在。因為從一個方面看，“使物體運動得更快”是指向物體的運動速度，只要物體的初速度比原來快就能實現(xiàn)運動，當(dāng)物體保持這個初速度做勻速運動，加速度即為零，并不需要有力或更大的力施加在物體上。從另一方面看，“使物體運動得更快”可以被理解為兩種不同的意思，一種是物體在這個時刻的速度比上個時刻的速度更快，如圖1中小車A的初速度為1米/秒，如果它的速度變成2米/秒，那么它需要做加速運動，需要有力施加在小車A上;另一種是物體現(xiàn)在的速度比原來快，如圖2中小車B運動速度為10米/秒，比小車A運動得更快，它只要維持這個速度即做勻速運動就比原來的速度快，并不需要有力或更大的力施加在小車B上。學(xué)生作為初學(xué)者，很容易把“使物體運動得更快”理解為后者。

如果強(qiáng)調(diào)“要使靜止的物體運動起來，必須對物體施加力，使物體運動得更快，必須對物體施加更大的力”，就會使初學(xué)者建立起“力是維持物體運動的原因”的概念。這將是中學(xué)階段需要澄清和轉(zhuǎn)變的一種日常前概念。如果教師在小學(xué)階段就按照這樣的觀點進(jìn)行科學(xué)教學(xué)，就會導(dǎo)致學(xué)生現(xiàn)在學(xué)得越好，后續(xù)學(xué)習(xí)困難越大。

（二）教學(xué)對策

如果把“運動得更快”改為“運動速度變化得更快”，指向就有了變化。“使物體的運動速度變化得更快”是指向物體的加速度，意味著物體的運動速度是變化的，即物體在做變速運動，加速度不為零。在這種情況下，必須有力（合力）作用在物體上才能實現(xiàn)運動，即“要使物體的運動速度變化得更快，就必須有力作用在物體上”，體現(xiàn)了“力是改變物體運動速度的原因”的規(guī)律，與中學(xué)階段所學(xué)的規(guī)律相吻合。

因此對于該內(nèi)容，建議教師在教學(xué)時設(shè)置情境，引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考“使物體的運動速度變化得更快”的現(xiàn)象，而不是觀察“使物體運動得更快”的現(xiàn)象。

二、重力、質(zhì)量與重量

（一）問題的辨析

教材在第4課《測量力的大小》中提出“人們生活中習(xí)慣用‘克‘千克來表示重力和其他力的大小”。單元資料庫里也有“重力的大小叫重量。物體的重量并不是一成不變的，物體離開地面越高，重量就越輕。在地面上重50千克的運動員，登上8844.43米的珠穆朗瑪峰，體重大約要減輕0.14千克”的相關(guān)闡述?！犊茖W(xué)教師教學(xué)用書》也提到“月球車必須足夠輕以便火箭可以把它發(fā)射出地球。這個車在地球上重210千克，在月球上只有35千克”。這些敘述是否合理？

其實教材中至少出現(xiàn)了三個容易混淆的詞——重力、重量和質(zhì)量。它們之間有關(guān)系嗎？如果有關(guān)系，那又是什么樣的關(guān)系？

1.重力和質(zhì)量

地面附近一切物體都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物體受到的力叫作重力。[3]重力表示一個物體所受引力的大小，而質(zhì)量表示物體所含物質(zhì)的多少。[4]重力和質(zhì)量是兩個不相同的物理量（見表1）。

物體受到的重力與它的質(zhì)量是有關(guān)系的，用G表示物體受到的重力，用m表示物體的質(zhì)量，那么它們的關(guān)系就是G=mg，其中g(shù)是重力加速度，又稱為自由落體加速度。因此，影響不同物體所受重力大小的主要原因除了物體的質(zhì)量之外，還有重力加速度。

人們在生活中并沒有用習(xí)慣的“克”“千克”表示重力和其他力的大小，因為這些單位都表示物體質(zhì)量的大小m，即物體所含物質(zhì)的多少。質(zhì)量的大小是物體固有的屬性，只要物體本身不被破壞，就不會因為物體顏色、形狀、所處位置等發(fā)生變化而變化，自然也就不會由于離地面高度的變化而變化，或由于從地球落到月球上而發(fā)生變化。

而重力加速度g是會發(fā)生變化的。在接近地球表面的地方，由于地球引力而產(chǎn)生的加速度為9.8m/s2。[5]精確的實驗發(fā)現(xiàn)，在地球上不同的地方，g的大小是不同的。在赤道g=9.780m/s2，在北極g=9.832m/s2，在北京g=9.801m/s2。在通常的計算中，人們把g取作9.8m/s2。[6]

在這個問題上，教材編寫者顯然是將“由于離地面高度變化引起重力加速度g大小發(fā)生變化進(jìn)而導(dǎo)致物體所受重力大小發(fā)生的變化”誤解為“由于物體質(zhì)量大小發(fā)生變化而導(dǎo)致物體所受重力大小發(fā)生變化”。這樣的解釋和闡述并不合理，會使學(xué)生在中學(xué)階段形成認(rèn)知障礙。

2.重量

經(jīng)過仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，教材關(guān)于“重量”一詞在不同的語句中有著不同的含義。