科學(xué)有“為”，省力有“道”

范向花 史曉

“科學(xué)有‘為’，省力有‘道’”項目以“省力”為主題，以“汲水工具發(fā)展史”為主線，綜合利用科技館“中國古代科技”展廳的教學(xué)資源，對接《小學(xué)科學(xué)課程標準》5—6 年級“技術(shù)與工程”領(lǐng)域相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，采用STEM 教學(xué)理念，基于項目的PBL 學(xué)習、情境教學(xué)等教學(xué)方法，運用模型制作、對比實驗、趣味游戲等多種活動形式，通過模型的繪制與拼搭，探索省力取水規(guī)律，將科學(xué)知識與科學(xué)方法更好地融合，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力。

教學(xué)目標

科學(xué)知識

認識杠桿、輪等常見的機械結(jié)構(gòu);了解杠桿、輪軸如何省力;理解機械是依據(jù)科學(xué)原理設(shè)計、制造的物品。

科學(xué)探究

能從省力取水實驗中獲取科學(xué)知識，能通過繪圖表達自己的構(gòu)想并將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為模型或?qū)嵨?，可通過單一變量實驗獲取事物信息，運用分析、比較、推理、概括等方法得出結(jié)論，能與他人交流探究結(jié)果及觀點。

科學(xué)態(tài)度

產(chǎn)生對事物結(jié)構(gòu)、功能進行科學(xué)探究的興趣;運用批判性思維大膽質(zhì)疑，善于從不同角度思考問題，追求創(chuàng)新;實事求是，不斷修正和完善自己的觀點;綜合小組成員意見，形成集體觀點。

科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境

了解科學(xué)知識在日常生活中的應(yīng)用，認識到社會需求是推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動力。

教學(xué)過程

階段1：創(chuàng)設(shè)情境，繪制符合要求的取水裝置草圖

設(shè)置情境 老翁用甕從河里取水澆灌田地，需要幫助老翁制作取水工具。

教師活動 提出要求：使用提供的道具制作取水工具;取水工具要堅固耐用;取水工具要有省力效果（1 甕水的質(zhì)量=2 塊木方的質(zhì)量，要用1 塊木方提起2 塊木方）;桌面上5 厘米為“水面”，裝水的容器必須可以下到“水面”以下;將設(shè)計圖紙畫到學(xué)習單指定位置。學(xué)生分享后，教師向?qū)W生分享子貢幫助老翁制作取水工具的方法：“鑿木為機，后重前輕，掣水若抽，數(shù)如沃湯”。

學(xué)生活動 小組交流、討論，分享設(shè)計創(chuàng)意， 介紹圖紙，講述取水工具使用原理。

階段2：以任務(wù)為導(dǎo)向，拼搭模型，改進模型，在實踐中找到規(guī)律

設(shè)置情境 逢大旱，老翁澆灌田地需要的水量增加，請幫助老翁制作更省力的取水工具。

教師活動 提出要求：其他條件不變，改進后的取水工具達到省力效果（用1 塊木方提起3 塊木方）;對學(xué)生表現(xiàn)進行總結(jié)，給予肯定或鼓勵。點明各種工具從無到有、從簡單到復(fù)雜都不是某一個人的成績，而是很多人共同智慧的結(jié)晶，各個地區(qū)的人相互交流，使其傳播發(fā)展，工具經(jīng)歷“制作—使用—改造—再制作”的過程，不斷取長補短使工具變得更加實用。組織學(xué)生進行拔河游戲，在游戲中找到勝利的秘密。

學(xué)生活動 小組討論改進取水工具的方法;繪制改進后的圖紙;按照圖紙改進提水裝置并嘗試提水。對比2 次設(shè)計圖紙，找到不同之處，經(jīng)過多次實驗得出結(jié)論：取水工具兩端懸掛物體質(zhì)量與取水桿兩端長度成反比。進行總結(jié)交流，分享各小組取水工具的設(shè)計思路，在嘗試取水、改進取水工具的過程中遇到了哪些困難及解決方法。按小組進行拔河游戲，找出勝利的秘密在于2 段繩子與豎桿連接點高度不同。

階段3 了解汲水工具發(fā)展史，從生活中的其他方面得到解決問題的啟示設(shè)置情境 展示子貢設(shè)計的取水工具——桔槔，對比古代桔槔與學(xué)生制作模型的差異。講述桔槔是古代水車發(fā)明的先驅(qū)，中國古代使用工具提水比西方國家早了近300年。

提出問題 將桔槔設(shè)置在距離小河1 米處，用桔槔幫助老翁從河里取水。

操作并思考 ①若想用1 木方提起3 木方，桔槔桿最短長度為多少？取水需要走多遠？②若想用1 木方提起5木方，桔槔桿最短長度為多少？取水需要走多遠？③若想用1 木方提起10 木方……

教師活動 通過使用桔槔解決實際問題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)桔槔在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的不足之處。引發(fā)學(xué)生思考：如何改進桔槔，才能更加符合生活實際;組織學(xué)生帶著問題參觀展廳，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察古代人的其他發(fā)明，找到解決問題的辦法。①思路引導(dǎo)，從鑿井碓架模型和天車模型的對比，可將直線運動變成圍繞一點的圓周運動，大大節(jié)省了距離。②組織學(xué)生體驗展品轆轤，講解轆轤的由來、構(gòu)成、使用方法及普及應(yīng)用，組織學(xué)生通過體驗發(fā)現(xiàn)轆轤的優(yōu)點，即相較于桔槔，取等量的水轆轤更省距離，并且轆轤還能取更深處的水;但是轆轤也存在缺點，相比桔槔不夠省力，引導(dǎo)學(xué)生思考，如何改進轆轤才能更省力？

學(xué)生活動 參觀展廳，找到相關(guān)展品，類比思考，找到相同點;體驗轆轤提水，找到改進轆轤使其更省力的方法，并交流體驗。

階段4： 活動總結(jié)，讓學(xué)生感受活動過程中體現(xiàn)的科學(xué)家精神，并開展學(xué)生自評互評通過本次活動，同學(xué)們有哪些感想？活動中自己或者小組成員作為一名小小科學(xué)家表現(xiàn)得怎么樣？有什么優(yōu)點或需要改進的地方？設(shè)計、制作、改良、發(fā)展汲水工具的過程是科學(xué)家工作的縮影，活動中，無論是小組成員齊心協(xié)力共同商議還是與其他小組一起交流分享，都是科研過程的必要環(huán)節(jié)，觀察、思考、交流、實踐、合作是科學(xué)家走向成功的必經(jīng)之路。

項目亮點

本次活動突出學(xué)生的主體地位，輔導(dǎo)員負責引導(dǎo)和輔助，每一個結(jié)論的得出都是基于學(xué)生操作體驗的真實感受，突出直接經(jīng)驗的獲取，讓學(xué)生體驗科學(xué)家進行科學(xué)研究的過程，更好地領(lǐng)悟科學(xué)家精神。

內(nèi)容上，本活動對接課標，結(jié)合展品，與傳統(tǒng)學(xué)校教育“合而不同”，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣探究，使學(xué)生認識到工程技術(shù)的需求來源于生活，工具在實際生活中起到很重要的作用，可以解決生活中的實際問題。

本次活動融入了中國古代科技史，讓學(xué)生在科學(xué)實踐過程中不僅能了解到中國古代汲水工具發(fā)展史，也能體會到中國古代勞動人民對科技發(fā)展的推動與貢獻，達到人文教育與科技教育的統(tǒng)一，堅定學(xué)生的文化自信。