撞上之前停下來

李佩寧

加速和減速是牛頓力學體系中非常重要的運動形式，兩者相反，但是道理相同。加速運動多與人類活動進取方面的目的相關，而減速運動則更多地考慮到日常安全。大到一顆人造衛星，小到一顆粒子，都可能需要利用減速運動達到特定的目的。在日常生活中，減速運動被應用最多的地方就是交通出行。汽車、火車如果剎車制動失靈將造成難以估量的損失，結果可能是毀滅性的。為此，人類利用摩擦力發明了汽車制動系統，其作用是行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；使汽車在各種道路條件下（包括在坡道上）穩定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩定，不致失控。

一、課程重點

為了更好地了解減速運動，需要利用實驗。實驗是指對已經認定的科學定理和試驗結果進行驗證性的試驗，一些實驗的結果往往是已經知道的或者是確定的，進行實驗的目的是為了驗證結果或找出與結果不同的實驗條件。在研究減速運動的實驗中，摩擦力的作用就是確定的，但是究竟在什么樣的情況下會出現摩擦力怎樣的變化，則需要學生自己動手通過實驗去探究。

因此，本課重點是讓低年級學生通過減速實驗，了解科學家進行科學實驗的方法，培養學生對良好運用工具、記錄數據、最終得出科學結論的完整過程的認識。

【涉及領域】工程、物理學、生物學、藝術

【建議年級】小學低年級

【建議時間】155分鐘

二、課程任務

引導學生了解減速運動的概念，學習科學家進行實驗和試驗時的基本方法，引起學生探究現象、學習科學的興趣，初步嘗試用文字記錄實驗數據和實驗現象并做出分析。以摩擦力和減速運動為例，一步步引導學生思考已知條件和所需求未知結果，確定彼此之間的聯系，同時，營造可以在動手中深入感受和理解的課堂氛圍。

三、課程步驟

1.導入（15分鐘）

簡述科學實驗的概念，詢問學生對實驗的認識。以比薩斜塔實驗的故事為引。

什么是科學實驗？是人們為實現預定目的，在人工控制條件下，通過干預和控制科研對象而觀察和探索科研對象有關規律和機制的一種研究方法。教師應在此處舉出一些概念性的科學實驗的例子，如用小白鼠做醫學實驗，用激光器和棱鏡做光學實驗等。歷史上比較著名的，還有傳說中伽利略的比薩斜塔實驗。詢問學生以下問題：

（1）科學實驗是為了知道什么？

（2）為了達成目的，大家認為或者猜想一下需要做什么？

（3）科學實驗需要經過哪些過程？（如預測、設計、準備、執行、觀察、記錄、分析和書寫報告等，重點討論預測、觀察、記錄和書寫報告的意義與重要性。）

（4）怎樣才能準確記錄或者更好地記錄？（如多次測量取平均值等）

2.宣布任務一和評價量規，小組準備（20分鐘）

【宣布任務】給定一個距離，要求小車從一塊木板上滑下來，在不同的平面上繼續滑行，同時避免撞到這個距離上的障礙（此距離指木板的下端與地面接觸點到障礙物間的距離），發現各在什么情況下會撞到，什么情況下不會撞到。讓學生設計實驗、完成實驗、列出結果。宣布任務化提供材料，并展示評價量規（見表1）。

【材料】尺子、玻璃紙、砂紙、毛巾、木板、玩具小車、膠帶、剪刀、秒表。

在任務開始之前，要讓學生思考以下問題。

（1）對于小車在不同材質地面上的滑行，實驗前你的預測是什么？

（2）除了地面材質以外，還有哪些因素會影響實驗結果？

給少量時間讓小組各自進行溝通準備。每個人都要寫下自己的想法和實驗計劃，然后小組討論執行什么樣的實驗計劃。

3.任務的執行（20分鐘）

正式執行制作任務。要求學生注意比較預測與實驗結果相比有什么不同，按照要求填寫任務單（見附錄1）。依照評價量規，考慮以下內容。

（1）你的預測是什么？你們小組的預測是什么？怎樣能用一句話或者很少的文字概括？

（2）你的設計是什么？你們小組的設計是什么？按順序分別列出步驟的話，分為哪幾步？

（3）實驗應該做哪些準備？

（4）實驗執行的時候應該注意什么？

（5）怎樣使觀察更方便、準確？觀察和記錄的具體操作是怎樣的？

（6）觀察到的結果應該如何列入表格和圖表，是否需要在實驗前就設計這樣的表格和圖表框架？你們的框架包括了哪些內容？為何如此設計？小組的分工如何？

4.任務一的總結和反思（30分鐘）

全部小組完成后，組織大家討論以下問題。

（1）你們組怎么分工的？

（2）你總結出科學實驗的模式了嗎？如果有，是怎樣的模式？

（3）根據實驗結果，你發現使小車產生不同運動的原因有哪幾類？它們之間有關系嗎？

（4）科學家是用哪種方式描述他們的研究和結果的？

【拓展】請思考，科學家們針對實驗進行的寫作和作家進行的寫作，是否有區別？為什么科學家要選擇這種方法進行寫作？

5.宣布任務二和評價量規（20分鐘）

【宣布任務】由教師設定一個固定斜度的木板以及木塊起始的位置，再在木塊滑下的路徑上某個位置放一個小木塊（即設置終點），讓學生設計由不同材料拼接的路面（至少兩種材料）放置在木板下方木塊下滑的路徑上，看誰在規定的時間內（十分鐘）能夠拼出最好的路面，讓最后小車滑下來距離終點處的木塊最近而不發生碰撞（測量三次取最佳值，允許兩次失敗，即允許兩次撞到小木塊）。提供材料，并展示評價量規（見表2），并給各小組時間準備。

【材料】尺子、玻璃紙、砂紙、毛巾、木板、玩具小車、膠帶、剪刀、秒表。

6.任務二的執行（20分鐘）

正式執行制作任務。要求學員依照評價量規，考慮以下內容：

（1）你們小組要用到幾種材料？

（2）哪種材料能讓小車速度最快降下來？哪種是讓小車降速最不明顯的？

（3）你認為實驗應該做哪些準備？

（4）你認為對材料是否要進行裁剪？這些裁剪是否要有規律？如果有，是什么規律？

（5）以兩種不同的材料作為路面，將兩種材料互換位置后，小車停下來的位置還一樣嗎？你是怎樣預測的？測試的結果又如何？

（6）觀察到的結果該如何列入表格和圖表，是否在實驗前就設計了這樣的表格和圖表的框架？你們的框架包括了哪些內容？為何如此設計？

7.任務二的總結和反思（30分鐘）

全部小組完成后，組織學生討論以下問題：

（1）你們組怎么分工的？

（2）為了達到最佳效果，使用的材料種類越多越好嗎？為什么？

（3）你們覺得應當將更加粗糙的材料放在所制作路面靠后的階段還是靠前的階段？為什么？

（4）優勝的小組哪些方面做得比其他組更好？或者哪些方面讓你印象深刻或受到啟發？

【拓展挑戰】讓學生利用圖表等，預測教師在某個其他給定高度上釋放小車時，在各自小組制作的拼接路面上小車能夠滑行的距離。并讓學生討論，如何利用圖表，哪些特殊的數據是關鍵性的數據，并說出為什么。