《搭建機械模型》教學分析

王利沖　敦文術

從學習內容來看，《搭建機械模型》是學生學習了《巧妙的用力》后構建的專題研究課例。學生在掌握了杠桿、滑輪、輪軸、斜面四種簡單機械的工作原理及組合方法的基礎上，設計制作一個省力的模型，體現(xiàn)科學與技術、工程、藝術、數(shù)學的整合，培養(yǎng)學生運用知識解決實際問題的能力、創(chuàng)新能力等。

在《巧妙的用力》單元的學習中，學生能動手進行系列對比實驗，能動腦進行數(shù)據(jù)分析比較、歸納推理，從而得出實驗結論，說明五年級學生已經(jīng)具備了一定的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和自主探究的綜合能力。

據(jù)此分析，本課以技術工程實踐為主線，按照確定制作裝置的目的、多種方案設計、合理選擇修正方案、調試、評價、改進制作裝置為教學思路，突出技術設計的諸多要素，使學生在實踐活動中體會到“做”的成功和樂趣，養(yǎng)成通過“動手做”解決問題的習慣。

教學過程

1.創(chuàng)設情境，導入新課

師：（出示情境圖）有兩個工人要把1000千克的貨物搬到一米高的平臺上，但是搬不上去，他們搭了一個斜面，沿著斜面往上推，還是推不動，你能幫他們想個辦法嗎？

生：可以利用動滑輪。

師：你怎么想到了動滑輪？

生：因為動滑輪省力。

師：你是單獨用動滑輪，還是和斜面組合到一起用？

生：組合在一起用。

師：為什么？

生：組合使用應該會更加省力。

師：他想到了把兩種省力機械組合起來，這樣可能更省力。那么，還有別的組合方法嗎？

生：把輪軸和斜面組合起來。

生：還可以將動滑輪和輪軸組合起來。

師：他們都想到了用兩種省力機械的組合，還有不同的嗎？

生：我用斜面、動滑輪和輪軸3種省力機械的組合。

生：我用3個動滑輪加上斜面和輪軸，這樣我就用到了5個省力的機械。

師：你們說的這些方案哪個更省力呢？我們用實驗的方法，搭建一個機械模型來驗證。

設計意圖：把生活中一個情境用任務的形式呈現(xiàn)出來，使學生明白簡單機械在生活中的用途無處不在。之后，利用一系列的問題，引導學生思考，怎樣把能夠省力的機械組合到一起，來優(yōu)化機械的省力作用，引導學生用組合法進行思考，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

2.小組活動，設計方案

（1）提出要求，指導設計

師：搭建模型和修橋、蓋房子一樣，都屬于工程，工程首先要設計方案。接下來，我們就為這個機械模型設計一個方案。（出示設計目的）這是設計目的，請一位同學來讀一讀。

生：利用幾種簡單機械的組合，設計一個省力的方案，把400克的物體抬到10厘米的平臺上，并畫出設計圖。

師：簡單機械是怎樣組合的呢？老師找到了兩個實例（出示設計簡圖）。這是電梯，它用到了兩種省力機械的組合：輪軸在最高點，動滑輪和電梯轎廂連在一起。這是運礦車，它也用到了兩種省力機械：斜面連接地下和地面，輪軸在上面。

設計意圖：通過教師的講述，讓學生明白這項任務是一個工程，并且知道了一項工程大致要分成兩步來完成：設計方案、進行制作。接下來，教師出示生活中簡單機械組合的設計簡圖（電梯和運礦車），為學生設計方案提供了參考，引導學生正確設計省力裝置的組合。

師：那么，方案到底應該怎樣來設計呢？老師給大家提供一種思路：第一步，小組交流設計思路，根據(jù)思路選擇材料;第二步，把材料簡圖畫在方案紙上，再用線連接起來;第三步，小組交流討論，選出最合理的方案。接下來，請大家以小組為單位設計至少一套方案，畫在方案紙上，最后選出最合理的方案。

（學生分小組活動。）

設計意圖：為了遵循小學生記憶的規(guī)律——形象、回憶、重現(xiàn)，我設計了教師演示、學生復述、出示步驟三個環(huán)節(jié)，讓學生熟練掌握設計方法，為后面的設計方案環(huán)節(jié)打下基礎。

（2）小組匯報，交流評價

師：哪個小組來介紹你們的方案？

生：我們用到了定滑輪、動滑輪、重物。滑輪組既可以省力，又可以改變力的方向。

師：關于他的方案，你們有什么建議嗎？

生：動滑輪與定滑輪的連線不正確，應該把線的一端固定在定滑輪下方的鐵鉤上，另一端從動滑輪下方穿過，再從定滑輪的上方穿過去，并系在測力計的鐵鉤上。

師：你的建議真好，關注到方案中連線的準確性。其他同學還有不同的方案嗎？

生：我們用到了輪軸、動滑輪、重物。兩個省力機械的組合可能更省力。

師：他們小組的方案，簡單機械的位置合適，連線準確，整體是合理的。還有不同的方案嗎？

生：我們用到了動滑輪、輪軸、斜面和重物，3種省力機械的組合可能更省力。

師：他們的方案整體也是非常合理的。還有不同方案嗎？

生：我們用到了1個動滑輪、3個輪軸、1個斜面和重物，我們覺得這樣會更省力。

師：你們真厲害，可以把這么多省力的簡單機械組合到一起，連線也都準確，整體設計也非常合理。通過幾個小組的匯報，我們都知道了，在設計時應該注意材料簡圖的位置要合適，連線要準確。老師從大家的設計中挑選了三個完整的方案：方案一是輪軸和動滑輪的組合，方案二是斜面和動滑輪的組合，方案三是斜面、輪軸和動滑輪的組合。各小組參考這三個方案，用兩分鐘時間對你們的方案進行完善。

（學生分小組活動，根據(jù)以上三個小組在匯報中出現(xiàn)的問題，檢查自己的設計圖，并根據(jù)師生對設計圖的修改意見，完善設計方案。）

師：現(xiàn)在各小組都有了自己的設計方案，僅僅紙上談兵是不夠的，接下來我們來搭建模型，進行驗證，看哪種方案更省力。

設計意圖：通過教師指定小組匯報，引導學生思考設計過程中應當注意的事項，規(guī)范學生匯報的內容：用到了什么材料和哪些簡單機械，它們的組合可能更省力。通過規(guī)范匯報內容，引導學生思考所選材料的組合是否合理，設計方案是否更省力。同時，也為學生評價標準（是否更省力）指明了方向。在這個過程中，小組成員通過匯報，鍛煉語言表達能力和傾聽能力，提高評價設計的能力。

3.確定方案，搭建模型

（1）出示材料，開始搭建

師：老師給每個小組準備了這些材料：斜面、定滑輪、動滑輪、輪軸、支架、重物、測力計、繩子、剪刀。請同學們根據(jù)材料，選擇你認為最合理、最省力的方案，以小組為單位，在10分鐘內按照方案完成搭建任務，并測出力的大小，重復3次，算出平均數(shù)及其占重物重量的百分比，再根據(jù)這個百分比計算這個模型提升1000千克的重物所需的力，并將數(shù)據(jù)記錄在方案紙上的表格中。

（學生小組活動，搭建模型，完成測試，記錄數(shù)據(jù)。）

（2）匯報交流

師：哪個小組來匯報一下，你們用到了哪些材料，實驗數(shù)據(jù)是多少？

生：我們小組選的方案一，測得力的平均數(shù)是1.1牛，實際用力占重物重量的27.5%，實際用275千克重的力可以提起1000千克的重物。

師：還有更省力的嗎？

生：我們用的是方案二，測得力的平均數(shù)是0.9牛，實際用力占重物重量的22.5%，實際用225千克重的力可以提起1000千克的重物。

師：還有更省力的嗎？

生：我們用的是方案三，測得力的平均數(shù)是0.5牛，實際用力占重物重量的12.5%，實際用125千克重的力可以提起1000千克的重物。

師：還有更省力的嗎？

生：我們用的是自己的方案，斜面、動滑輪及兩個輪軸的組合。測得力的平均數(shù)是0.3牛，實際用力占重物重力的7.5%，實際用75千克重的力可以提起1000千克的重物。

設計意圖：通過小組分工合作，完成任務，可以培養(yǎng)學生的合作意識，鍛煉他們的語言表達等能力;通過按圖搭建模型，可以提高學生技術應用能力和工程制作能力，培養(yǎng)他們把科學、技術、工程、數(shù)學等知識整合的能力;學生對所搭建的實驗模型進行測試，可以提高他們的實驗操作能力;通過模型的設計及成功的搭建，讓學生獲得積極的心理體驗，增強學生學習的自信心;通過匯報交流、整理實驗數(shù)據(jù)、分析科學事實、歸納出實驗結論，鍛煉了學生觀察、分析、歸納等能力。

4.教師總結，拓展應用

師：通過搭建機械模型進行實驗驗證，我們發(fā)現(xiàn)，簡單機械的合理組合可以更省力。通常情況下，兩個工人叔叔最多可以拉起300千克的物體，用你們的裝置，可以幫他們解決問題嗎？

生：可以。

師：看來這3個模型都可以幫助他們解決問題。生活中還有很多機器也用到了簡單機械的組合。比如升降衣架、腳踏吊籃、倒鏈，其中，倒鏈又叫“手動吊車”，“5T”是它的型號，就是一個人用它可以拉起5噸的重物。你們知道它用到了哪些簡單機械的組合嗎？它們又是怎么組合的呢？感興趣的同學可以課下接著研究。

設計意圖：通過本節(jié)課的學習，讓學生試著解釋“倒鏈”省力的原因和結構之間的關系，從而讓學生把問題帶到課下，給他們提供應用本節(jié)課所學知識解決實際問題的機會，從而提高他們應用知識的能力。

點評

本節(jié)課屬于技術與工程領域的實踐課例，是結合了2017版《義務教育小學科學課程標準》中技術工程的相關內容進行設計的。從實際效果來看，本課具有以下優(yōu)點：

1.跨學科整合性

韋鈺院士曾強調，教師要為學生提供整體認識世界的機會，使學生學習的零碎知識變成一個互相聯(lián)系、統(tǒng)一的整體，以消除傳統(tǒng)教學中各學科知識割裂、不利于學生綜合解決實際問題的障礙。從本課來看，教師將教學的重心之一放在特定問題“利用幾種簡單機械的組合，設計一個省力的方案，把400克的物體抬到10厘米的平臺上，并畫出設計圖”上，就是強調利用科學（簡單機械原理）、技術（設計搭建方法）、工程（搭建模型）、數(shù)學（計算省力數(shù)據(jù)）、美術（畫設計圖）等學科相互關聯(lián)的知識解決問題，實現(xiàn)以科學原理為基礎，其他學科為輔助的學科整合性，從多學科知識綜合應用的角度提高學生解決實際問題的能力。

2.技術設計完整性

技術設計所呈現(xiàn)出的知識基本形式是技術原理和操作方法，本課例中學生通過設計省力機械模型的過程就是將技術原理（簡單機械）與操作方法（實踐經(jīng)驗）進行遷移和運用，所有小組都設計出有創(chuàng)意的作品，獲得了一定的成就感，激發(fā)了學生學習的興趣。同時整個設計過程兼?zhèn)淞恕凹夹g設計”的一些特性：

目標性，在設計之前和學生一起明確設計的目標;

制約性，在真實情境與模型設計之間，學生懂得了設計模型時需要考慮作品與實驗材料規(guī)格、條件的限制;

不確定性，讓學生明白沒有絕對正確的設計方案，要盡可能地完善和重組自己的方案，從而達到最優(yōu)化。

3.實踐體驗趣味性

課標提出，技術與工程實踐活動可以使學生體會到“做”的成功和樂趣，并養(yǎng)成通過“動手做”解決問題的習慣。本節(jié)課在確定制作裝置的目的、多種方案設計、合理選擇修正方案、調試、評價、改進制作裝置等各個環(huán)節(jié)，強調學生動手、動腦參與，學生將內隱的設計思路以設計圖案的形式外顯化，不僅獲得結果性知識，還獲得蘊含在問題解決過程中的過程性知識。同時，在實施過程中把多學科知識融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學生生活相關的問題中，加上“小組評議”等形式，讓課堂氣氛活躍，學習效率高。

總之，本節(jié)課的設計與實踐是教師對于技術與工程領域課例的一種嘗試和摸索，使教學理念發(fā)生質的變化，將科學課從“解釋的科學”向“行動的科學”邁進。