《斜坡的啟示》教學片段與評析

董宇

《斜坡的啟示》是《神奇的機械》單元的第3課，屬于課程標準中“技術與工程”領域“工具是一種物化的技術”的相關內容。這個單元圍繞著簡單機械展開，學生在動手探究的基礎上認識杠桿、滑輪、斜面等常見的簡單機械。本課以南京長江大橋的引橋為出發點，以南浦大橋的螺旋形引橋為落腳點，有層次地設計了3個探究活動：為什么要建設引橋，引橋能不能縮短，螺紋疏密不同的螺絲釘哪個擰起來更輕松。同時，以探究拉力大小與坡度的關系為例，讓學生親身經歷完整的探究過程。

片段一：創設工程情境，探究使用斜面省力

師：同學們，2018年南京發生了一件很重要的事，你們能記起來嗎？（播放視頻：南京長江大橋恢復通車）南京長江大橋是南京的標志性建筑，在中國橋梁史和世界橋梁史上都具有重要意義。老師帶來了一段閱讀資料（出示課件），你們有什么感興趣的地方嗎？

生：除了正橋以外的部分是什么？叫什么？

師：有人能回答這個問題嗎？

生：那個部分是連接正橋和路堤的橋，叫引橋。

師：（出示正橋模型）為什么要建設引橋？在正橋上架個吊車，把人和車直接拉上來不行嗎？

生：不方便，太麻煩了。

生：效率太低，會造成擁堵。

師：建引橋僅僅是為了方便和提高效率嗎？引橋實質上就是個斜坡，它到底對橋有什么幫助呢？今天我們就一探究竟。

評析：教師以剛剛恢復通車的南京長江大橋作為導入，通過創設工程問題的具體情境引入課題，快速了解學生的前概念，成功聚焦學生的思維，設計巧妙。

師：利用這些材料，怎樣還原車上橋的情境呢？

（教師出示材料：橋墩、斜坡、小車，請一位學生上臺組裝實驗材料。）

師：小車從地面開到正橋上來需要多少力？用到什么工具？

生：彈簧測力計。

師：是的，老師會再提供個彈簧測力計給你。這個實驗要怎么設計？

生：做個對比實驗，看是直接提拉重物用的力小，還是借助斜坡用的力小。

（教師請一位學生演示實驗，并強調注意事項。）

師：現在誰來告訴我，為什么要建引橋？

生：因為使用斜坡比直接提拉重物省力。

師：實際上，生活中的斜坡就是科學上的斜面，斜面是一種簡單機械，可以省力。（出示圖片）為什么要搭塊板子把油桶滾上去呢？為什么不直接抱上去？

生：使用斜面省力。

評析：工程情境的現場還原，可以達到以下效果：一方面，學生根據已有材料設計對比實驗，驗證使用斜坡比直接提拉重物省力;另一方面，學生能在觀察演示實驗的過程中把握實驗操作的注意事項，為下一個實驗順利展開打好基礎。

片段二：尋找拉力與坡度的關系

師：（出示圖片）誰幫老師算一下，南京長江大橋的引橋有多長？

生：3012米。

師：引橋竟然大約是正橋的兩倍長，太浪費了吧！能不能縮短一點？

（學生思考。）

師：如果提供這些材料給你，你能把實驗方案畫下來嗎？

（教師出示材料：橋墩、斜坡、小車、彈簧測力計，學生交流并畫方案。）

師：哪個組分享一下你們設計的實驗方案？

生：使用長斜坡和短斜坡，分別測量小車的拉力。

師：大家贊同嗎？還有什么要補充的嗎？

生：大橋的高度保持不變。

評析：畫實驗方案既是思維整理過程的呈現，又能確保實驗的可行性，避免了空想與不切實際，讓思維訓練落到實處。

師：看來大家達成了一致。在實驗操作過程中有什么要注意的嗎？

生：在測量之前，檢查彈簧測力計的指針是否在“0”刻度。

生：拉動方向要與斜坡平行，慢一點。

生：讀數時眼睛要平視指針。

師：真好，別忘了填寫實驗記錄單。實驗結束后，我們來分享你們的發現吧。

（小組合作實驗。）

生：我們組直接提拉重物用力2 N，用長斜坡提拉重物用力0.7 N，用短斜坡用力1.5 N，用長斜坡比短斜坡更省力。

生：我們組也是相似的結果。

師：現在你們知道為什么南京長江大橋的引橋不能縮短一點了嗎？

生：因為太短的話，上橋比較費力，引橋變長，會更輕松一些。

師：在高度不變的情況下，斜面長短變化了，什么因素也隨之改變了呢？

生：斜面坡度。

師：是呀，斜面坡度才是影響小車拉力的根本因素。你們能否告訴我，使用坡度大的斜面省力多還是使用坡度小的斜面省力多？

生：使用坡度小的斜面省力多。

評析：學生按照自主設計的方案進行實驗、收集數據、整理發現、交流分享，規范而有序。學生的思維從“使用斜面省力”的較淺層面上升到“使用坡度小的斜面省力多”的更深層面。

片段三：探究變形的斜面

師：（出示圖片）這有兩個螺絲釘，它們粗細、長短都相同，你能看出它們的區別嗎？

生：螺紋的疏密不同。

師：如果用同樣的螺絲刀擰進相同的木板里，哪個更輕松呢？為什么？

（學生思考并嘗試回答。）

師：為了揭開這個秘密，我們進行一個有趣的小活動。老師給每個人都帶來了一根小棒（帶螺紋的木棒，此螺紋由直角三角形紙片的斜邊卷成，尾部用雙面膠稍微黏合），它和螺絲釘有沒有相似的地方？

生：都有螺紋。

師：同桌兩個人的螺紋一樣嗎？

生：不一樣，有疏有密。

師：順著小棒下面的“小尾巴”，把螺紋伸展開來，你能發現什么？

生：原來是高度一樣，長短不同的斜面。

師：現在能告訴我，這兩個螺絲釘，哪個擰起來更輕松了嗎？

生：螺紋密集的擰起來更輕松，因為如果它伸展開，它的斜面坡度比較小，使用坡度小的斜面省力多。

師：螺紋這種斜面跟我們之前看到的斜面一樣嗎？

生：不一樣，螺紋不是筆直的斜面，是變形的斜面。

評析：打開小棒螺紋，展開的螺紋化身為已知的斜面，幫助學生實現了抽象思維的“可視化”。在一問一答之間，學生發現螺紋是變形的斜面。這里的自制教具解決了學生思維的難點，是幫助學生實現思維進階的好辦法。

師：變形的斜面在生活中還有很多，簡單介紹紅酒開瓶器、刀刃、臺階等。（出示圖片）這里為什么一定要做成旋轉樓梯呢？不能搭一個長斜坡嗎？

生：空間不夠。

師：是的，在空間受限的情況下，往往變形的斜面更能解決問題。（出示圖片）南浦大橋是上海的著名建筑，連接了浦東和浦西，帶動了兩岸的經濟繁榮。它為什么要建成這樣呢？

生：因為空間有限，做成螺旋狀，能有效地減小斜面坡度，上橋更輕松些。

評析：教師以分析南浦大橋的引橋設計作為結尾，學以致用，呼應了導入部分的南京長江大橋引橋，而且問題難度已然升級。

總 ?評

1.設置情境，聚焦思維新起點

高年段的教學也需要形象的情境來促進思維起點的生發。本課借助“建引橋”這一工程情境來認識斜面概念，讓學生依次解決“為什么要建設引橋”“引橋能不能縮短”“南浦大橋為什么建成這樣”等問題，讓學生在真實的工程情境中感受簡單機械的作用，完成全課學習。

2.問題導向，推動思維進階發展

學生思維進階的實現往往在于教師有意識的設計和引導。本課的幾個關鍵問題推動了兒童思維的逐步發展：“為什么建設引橋”問題，引導兒童設計實驗，了解了使用斜面省力的原理;“引橋能不能縮短”問題，引導兒童展開探究，明確了使用坡度小的斜面省力多;“螺絲釘的螺紋”問題，引導兒童將抽象的思維具體化，理解了變形斜面的概念，從而解決了南浦大橋形狀為何如此設計的問題。

3.發現兒童，實施有意義的建構

教學就是在經驗的有效生長過程中，幫助學生實施有意義的建構的過程，而有意義的建構，往往基于對兒童的了解和發現。本課的活動，完整的科學探究過程使學生體會到了嚴謹的科學精神，有層次的問題設置讓學生實現了認知的深入發展。這樣的教學，在“發現兒童”的基礎上有效實現了“兒童發現”。