標新“力”異
——紙杯塔平衡力的探究與發現

文/唐蘊娟 江蘇省太倉市高新區婁江幼教中心婁江幼兒園

一、紙杯塔平衡游戲由來

在多米諾骨牌游戲中，孩子們發現推力能讓靜止不動的骨牌倒塌，由于力的傳遞性讓骨牌中的各種裝制奇妙地滾動、轉動、滑動……有一名孩子提出：力能不能讓物體保持穩定平衡呢？我嘗試提供紙杯，讓孩子們在紙杯塔平衡游戲中尋找他們眼中神奇的“力”。

二、探究紙杯塔平衡游戲軌跡

軌跡一：自主探究，初步發現平衡力的存在。

紙杯投放第一天，嘉一用許多紙杯疊杯塔，冠喬找來薯片桶穩固。嘉一問：“我的杯塔很高很穩定，這里有力嗎？”瑩瑩問：“如果有力，是什么力？”嘉一說：“力都有名稱的，比如拉力、推力，紙杯塔里藏著什么力？”

【觀察分析】《3～6歲兒童學習與發展指南》提出：“理解幼兒的學習方式和特點，是以直接經驗為基礎，在游戲和日常生活中進行，要珍視游戲和生活的獨特價值。”通過本次紙杯自主游戲，我發現砌墻式的疊杯塔是孩子現有的直接經驗。

【問題聚焦】產生杯塔中是否有力的猜測，對杯塔中神奇的力充滿好奇。

【教師感悟】提取來自孩子們的已有經驗，發現游戲中隱藏的關鍵性經驗是“平衡和穩定”，引領孩子們改變杯塔外形進一步感受平衡力。

軌跡二：改變底座形狀和排列順序，初步感受平衡狀態下力的作用點差異。

第二次，教師提出三種可能：（1）能不能改變紙杯塔的底座。（2）能不能改變杯底杯口的方向。（3）杯塔一定要尖尖的嗎？禹辰和睿辰用梅花樁底座，采用ABAB的模式向上疊。A即杯口向下，B即杯口向上。教師問：“疊的過程中遇到了什么困難了嗎？”禹辰說：“剛開始我沒有注意到梅花形圍起來的特點，擺放的時候間距不均勻，倒塌過幾次。后來觀察好位置，讓每個紙杯都放得很平穩，就成功了。”

【觀察分析】禹辰采用梅花形圍攏，中間成空心狀，紙杯均衡擺放在相鄰兩個力的作用點上，只要每層杯塔數量保持一致，力的作用點會相互支撐，杯塔就能保持穩定。

【問題聚焦】由于杯塔底座形狀改變，排列方式不同，出現平衡狀態下力的作用點有差異，其他形狀圍攏是否也可行？

【教師感悟】紙杯塔由實心單面砌墻式疊高轉向立體的圍攏疊高，對平衡力的感知出現空間架構思維方式。

軌跡三：連結多個橢圓形底座，發現連結處力的作用點規律。

第三次，禹辰提出疊底座為兩個橢圓形組合的“8”字形。先分成兩組各自疊橢圓形底座，他看了許久說：“兩個橢圓形連接處有個小洞洞，這里可以擺一個紙杯，這樣兩個橢圓形就合體成‘8’。”禹辰在兩個杯塔連接處擺放了白色紙杯。第三層，三個孩子一起圍攏橢圓形。圍攏第四層時，禹辰拿起一個白色紙杯說：“連結兩個橢圓形的中心紙杯，我用白色紙杯擺進去，像做標記一樣。”五層杯塔順利連結，呈現非常穩定的狀態。紙杯用完了，嘉一邀請一航合作，提供更多的紙杯，當所有紙杯都用盡時，他們自動分工，有的當運輸工去建構區運輸材料（紙筒、易拉罐、積木），有的繼續疊高。最后用多種輔助材料和紙杯結合疊出高塔。

【觀察分析】兩個同樣大小的橢圓形圍攏形成兩個封閉穩定的底座，如果沒有中間的連結，兩個杯塔的平衡力還是獨立的。禹辰發現第二層杯塔兩個橢圓形中間力的作用點是集中在四個相鄰紙杯上，只有讓四個力的作用點分布均勻才能讓“8”字形杯塔產生穩定的平衡力。這是一個關鍵的線索。另一個重要線索是二層、四層、六層……雙數層用白色紙杯擺放做標志，讓規律更加明確清晰。在探究中，孩子們自覺形成合作小組，根據各人的優勢和特點進行分工，團隊意識得到進一步提高。

【問題聚焦】橢圓形圍攏能形成封閉的穩定狀態，兩個橢圓形組合形成新的力的作用點，讓杯塔更加穩定平衡。那么，所有能圍攏成封閉狀態的形狀都能連結且作用點都一樣嗎？

【教師感悟】在比較中逐步了解事物間的異同、相互聯系，尋找到連結作用點的規律。在探究中尋找規律讓孩子的思維更加抽象、嚴謹。

軌跡四：采用改變杯口方向和擺放方法，解決方形杯塔轉角力的作用點不穩定問題。

第四次，嘉一提出疊一個方形底座的杯塔。疊到第二層軒羽說：“只有3個比第一層少了1個紙杯。”嘉一說：“沒關系的，反正很穩定，繼續往上疊。”泇熠說：“這里轉角已經很狹小了，怎么擺？”軒羽說：“應該擺兩個。”剛擺進去，紙杯向外掉了下去。嘉一說：“那擺一個呢？”泇熠又說：“擺一個很空怎么辦？”教師說：“轉角的地方杯口大擠不下，那紙杯哪個部位小些呢，興許能擺放。”嘉一聽后杯口朝上，杯底著力擺放在轉角處，第三層穩定了。疊了五層、六層，軒羽說：“我擺放完以后，馬上在它上面疊了一個紙杯，下面的紙杯就被上面的壓住不會倒塌。”說完，他示范了一下。嘉一說：“難道這是壓力嗎？”教師說：“這里有三個力，下面紙杯有支撐力，上面紙杯有壓力，還有一個是地球的吸引力。”一航說：“紙杯塔有這么多力的幫助，太奇妙了！”

【觀察分析】從兩個解決問題的策略來看，第一個關鍵是尋找相適應受力點，使紙杯穩定；第二個關鍵是靈活運用了壓力使紙杯平衡，孩子們不僅提高了操作能力，也對平衡力有了比較整體的認知。

【問題聚焦】紙杯塔平衡有壓力、支撐力和重力，那么在生活中的很多地方都有支撐力、壓力和重力的存在嗎？

【教師感悟】疊方形紙杯塔游戲中，孩子們發現紙杯塔穩定的因素很多，產生平衡力的方式很豐富，解決問題的方法更加靈活多樣。

三、紙杯塔平衡游戲的收獲與反思

在紙杯塔平衡游戲探究中，孩子們充分感受了紙杯的特性，將紙杯的外形特點、色彩搭配與設計杯塔底座，擺放排列塔身模式自由結合，并且靈活運用生活中的材料與紙杯疊高結合，盡可能發揮自己現有的操作技能和已有的認知經驗去發現神秘的平衡力，這是多么有意義的過程，比初中物理課上一條原理或是一個演示要生動、有趣百倍。

歷時一個月的紙杯塔游戲，孩子們從簡單散漫地玩，到科學探究地玩。這些游戲的經歷讓孩子們逐步走進探究、發現的殿堂，科學的光亮在指引孩子們前行。

我是一位幸福的教師，和孩子們一起成長，一起探究、一起發展，感受幼兒園科學游戲的別有洞天。在紙杯塔探究游戲中，我有時是觀察者，關注著孩子的一言一行；有時是支持者，幫助他們發現問題、分析問題；有時是引導者，在適當的時機給予點撥；有時是合作者，加入他們的團隊，給他們加油打氣，收獲和孩子們一起探究途中的無限精彩。