指向?qū)W生科學(xué)思維發(fā)展的進(jìn)階設(shè)計(jì)
——以“讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)”一課為例

浙江省海寧市實(shí)驗(yàn)小學(xué) 顧建鋒

一、教學(xué)分析

“讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)”是教科版科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)第三單元“運(yùn)動(dòng)和力”的第1課，本節(jié)課從問(wèn)題“它們（各種類(lèi)型的車(chē)）都是怎樣運(yùn)動(dòng)起來(lái)的”開(kāi)始，引導(dǎo)學(xué)生去調(diào)查發(fā)現(xiàn)不同車(chē)輛的動(dòng)力來(lái)源，然后，設(shè)計(jì)了“用墊圈的重力作動(dòng)力”去研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的活動(dòng)。本節(jié)課旨在引導(dǎo)學(xué)生逐步建構(gòu)“力可以改變物體運(yùn)動(dòng)的速度，也可以讓物體啟動(dòng)或停止”這一概念。

學(xué)生已經(jīng)見(jiàn)過(guò)各種各樣運(yùn)動(dòng)的車(chē)輛，也對(duì)這些車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)的原因有了一定的了解。但是，他們并沒(méi)有從科學(xué)實(shí)驗(yàn)的角度去研究小車(chē)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。利用墊圈的重力作為拉動(dòng)小車(chē)的力，這種方法比較容易控制拉力的大小。因此，教材安排了“讓車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)”的探究實(shí)驗(yàn)，旨在通過(guò)小車(chē)研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，這是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。

基于以上分析，筆者設(shè)定以下教學(xué)目標(biāo)。

（一）科學(xué)觀(guān)念

（1）力可以使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)。

（2）拉力越大，小車(chē)運(yùn)動(dòng)得越快；拉力越小，小車(chē)運(yùn)動(dòng)得越慢。

（二）科學(xué)思維

在研究過(guò)程中讓學(xué)生逐步了解數(shù)據(jù)與邏輯之間的關(guān)系，并嘗試著去推理。

（三）探究實(shí)踐

會(huì)安裝重力小車(chē)去拉動(dòng)小車(chē)，會(huì)研究拉力大小與小車(chē)運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。

（四）態(tài)度責(zé)任

培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)和力的興趣，使其意識(shí)到要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明自己的推測(cè)。

二、教學(xué)過(guò)程

（一）聚焦問(wèn)題

師：今天老師給大家播放一段視頻，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀(guān)看（視頻內(nèi)容為從古至今各種各樣的車(chē)的運(yùn)動(dòng)）。

（學(xué)生看視頻）

師：這些不同的車(chē)是靠什么運(yùn)動(dòng)起來(lái)的？

生1：手推車(chē)靠人力，馬車(chē)靠馬的拉力，自行車(chē)靠人力。

生2：火車(chē)是靠蒸汽機(jī)帶動(dòng)的。

生3：汽車(chē)靠燃油燃燒產(chǎn)生的力。

生4：高鐵靠的是電力。

師：那誰(shuí)能用一個(gè)詞來(lái)概括一下是什么讓這些車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)的呢？

生5：這些車(chē)都是靠力運(yùn)動(dòng)起來(lái)的。（教師板書(shū)：力）

師：（出示小車(chē)）老師也帶來(lái)了一輛小車(chē)，今天我們要想辦法讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。（出示課題：讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)）

【點(diǎn)評(píng)】教師利用微視頻聚焦問(wèn)題，讓學(xué)生說(shuō)一說(shuō)各種各樣的車(chē)是靠什么運(yùn)動(dòng)起來(lái)的，并用一個(gè)詞“力”概括運(yùn)動(dòng)和“力”相關(guān)，快速聚焦了本單元的主題，同時(shí)引出了本次研究的任務(wù)。

（二）探索實(shí)踐

1.活動(dòng)一：讓小車(chē)動(dòng)起來(lái)

師：同學(xué)們，你有什么方法讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)嗎？

生1：用手推。

生2：可以綁上氣球，用氣球的反沖力推動(dòng)小車(chē)。

生3：可以用磁鐵吸，因?yàn)樾≤?chē)是鐵做的。

......

師：（出示墊圈、棉線(xiàn)、賽道）你能用墊圈讓小車(chē)在這個(gè)賽道上運(yùn)動(dòng)起來(lái)嗎？

生1：可以把棉線(xiàn)綁在小車(chē)上，另一頭綁上墊圈，用墊圈的重力去拉動(dòng)下車(chē)。

（教師結(jié)合學(xué)生回答演示）

師：小車(chē)動(dòng)了嗎？為什么沒(méi)有動(dòng)？有什么辦法？

生2：1個(gè)墊圈太輕了，可以多掛幾個(gè)墊圈。

師：你們想不想試一試？

生（齊）：想。

師：要想知道幾個(gè)墊圈能讓小車(chē)剛好動(dòng)起來(lái)，怎么掛？

生3：可以多個(gè)多個(gè)地掛。

師：你們同意他的觀(guān)點(diǎn)嗎？

生4：不同意。如果掛5個(gè)墊圈，小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)了，不一定剛好是5個(gè)，可能是4個(gè)或者更少。

師：那怎么掛？

生5：一個(gè)一個(gè)地掛，掛到小車(chē)剛好運(yùn)動(dòng)起來(lái)即可。

師：明白了嗎？請(qǐng)各小組嘗試一下。

[學(xué)生小組合作，完成實(shí)驗(yàn)，并匯總數(shù)據(jù)（如表1）]

表1 “讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)”各小組匯總表

師：（匯總數(shù)據(jù)后）現(xiàn)在誰(shuí)能說(shuō)一說(shuō)是什么讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)的？

生1：是墊圈的重力。

師：有補(bǔ)充嗎？

生2：是墊圈的重力通過(guò)棉繩轉(zhuǎn)化為拉力讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)的。

師：是的，墊圈的重力是向下的，通過(guò)棉繩轉(zhuǎn)換為水平方向的拉力讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)了。（教師板書(shū)，如圖1）

圖1 板書(shū)圖

【點(diǎn)評(píng)】讓小車(chē)動(dòng)起來(lái)的活動(dòng)，主要是要讓學(xué)生知道墊圈的重力可以轉(zhuǎn)化為拉力從而使小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，教師圍繞墊圈“怎么掛”進(jìn)行了思辨，讓學(xué)生知道需要一個(gè)一個(gè)地掛，這樣才能準(zhǔn)確地測(cè)出剛好使小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)所需要的力。

2.活動(dòng)二：讓小車(chē)快起來(lái)

師：同學(xué)們，你們想不想讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)得快一點(diǎn)兒？你有什么辦法？

生1：可以增加墊圈的數(shù)量。

師：你是怎么想的？

生2：我認(rèn)為墊圈的數(shù)量越多，小車(chē)受到的拉力也就越大，拉力越大，小車(chē)行駛得越快。

師：你的意思是拉力越大，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度就越快，是嗎？

（學(xué)生點(diǎn)頭）

師：有辦法來(lái)證明嗎？

生（齊）：實(shí)驗(yàn)。

師：那怎么增加墊圈呢？小組商量一下，把它記錄在記錄單上。

（小組討論）

師：哪個(gè)小組來(lái)交流一下？

生1：我們打算一個(gè)一個(gè)地加，原來(lái)4個(gè)墊圈使小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)了，接下來(lái)我們準(zhǔn)備用5個(gè)、6個(gè)分別測(cè)試一下。

生2：我們打算多個(gè)多個(gè)地加，原來(lái)3個(gè)墊圈使小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)了，接下來(lái)我們準(zhǔn)備用6個(gè)、9個(gè)分別測(cè)試一下。

師：你們支持哪個(gè)小組的做法？

生3：我認(rèn)為一個(gè)一個(gè)地加效果不夠明顯。

師：為什么這么想？

生3：因?yàn)橐粋€(gè)一個(gè)地加，可能會(huì)因?yàn)橛?jì)時(shí)等原因，測(cè)得的速度數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

師：你們同意這名同學(xué)的觀(guān)點(diǎn)嗎？

（學(xué)生表示同意）

【點(diǎn)評(píng)】讓小車(chē)快起來(lái)的活動(dòng)主要是讓學(xué)生通過(guò)探究建構(gòu)“拉力越大，小車(chē)行駛得越快”這個(gè)科學(xué)概念。在這個(gè)過(guò)程中，讓學(xué)生再次思辨墊圈“怎么加”是非常有意義的。學(xué)生需要知道有許多因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，如掐秒表的誤差、實(shí)驗(yàn)中的誤差等，所以墊圈數(shù)量差距大一些，實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果更為科學(xué)。

師：是的，我們可以多個(gè)多個(gè)地加，那怎么比快慢呢？

生4：可以在相同路程的情況下比時(shí)間，時(shí)間短的更快，時(shí)間長(zhǎng)的更慢。

師：老師給你們提供了計(jì)時(shí)工具——秒表。那么，如何確保路程相等呢？

生：我們統(tǒng)一車(chē)頭對(duì)準(zhǔn)起點(diǎn)開(kāi)始，車(chē)頭碰到終點(diǎn)結(jié)束，這樣每個(gè)小組的路程都是一樣長(zhǎng)的。

（小組活動(dòng)，教師巡視）

師：哪個(gè)小組來(lái)匯報(bào)一下你們測(cè)試得到的數(shù)據(jù)？（第3、4、7小組學(xué)生展示數(shù)據(jù)，教師用線(xiàn)連成折線(xiàn)圖，圖略）

師：你們有什么發(fā)現(xiàn)？

生（第3小組）：我們發(fā)現(xiàn)墊圈個(gè)數(shù)越多，小車(chē)行駛所用的時(shí)間越少。

師：有補(bǔ)充嗎？

生（第7小組）：墊圈越多也就說(shuō)明拉力越大，所以我們可以得出拉力越大，小車(chē)行駛的速度也就越快。

師（小結(jié)）：是的，各個(gè)小組的數(shù)據(jù)都證明了這一點(diǎn)。

【點(diǎn)評(píng)】教師讓學(xué)生把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)，并繪制成折線(xiàn)統(tǒng)計(jì)圖，數(shù)據(jù)圖形化表達(dá)，直觀(guān)形象，學(xué)生從圖中能非常清晰地看出小車(chē)運(yùn)動(dòng)速度與拉力大小之間的關(guān)系。

3.活動(dòng)三：讓小車(chē)準(zhǔn)起來(lái)

師：同學(xué)們表現(xiàn)得非常棒，老師這里有一個(gè)挑戰(zhàn)性任務(wù)，從賽道起點(diǎn)到終點(diǎn)正好都是60cm，你們能不能讓小車(chē)從起點(diǎn)到終點(diǎn)正好用3秒時(shí)間（如圖2）呢？

圖2 調(diào)整實(shí)驗(yàn)示意圖

（小組交流討論）

生1（第4小組）：我們打算先用7個(gè)墊圈試一試。

師：其他小組有問(wèn)題要問(wèn)他們嗎？

師：你們是怎么想的？

生1（第4小組）：我們前面一個(gè)實(shí)驗(yàn)用4個(gè)墊圈，時(shí)間為4.9秒，用8個(gè)墊圈時(shí)間為2.7秒；現(xiàn)在要控制在3秒，所以我們選擇了7個(gè)墊圈。

師：老師發(fā)現(xiàn)你們很棒，能基于前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理。那如果測(cè)出來(lái)時(shí)間小于3秒，你們打算怎么辦？

生2（第4小組）：如果小于3秒，說(shuō)明用的拉力過(guò)大，需要減少墊圈數(shù)量。

師：你們同意他們的做法嗎？

（學(xué)生都表示同意）

師：那請(qǐng)每一個(gè)小組再確認(rèn)一下自己小組用的墊圈數(shù)量，開(kāi)始挑戰(zhàn)吧！

（學(xué)生分組挑戰(zhàn)后交流匯報(bào)）

師：有挑戰(zhàn)成功的小組嗎？說(shuō)說(shuō)你們是怎么做的。

生（第5小組）：（呈現(xiàn)如表2數(shù)據(jù)）第一次，我們先用6個(gè)墊圈，發(fā)現(xiàn)用時(shí)3.81秒。為了接近3秒，第二次我們嘗試用7個(gè)墊圈，用時(shí)3.11秒，然后繼續(xù)用7個(gè)墊圈，時(shí)間基本都在3秒多一點(diǎn)。

表2 挑戰(zhàn)任務(wù)“讓小車(chē)準(zhǔn)起來(lái)”記錄單

師：同學(xué)們，這個(gè)小組非常棒，能基于上一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理的推理，去探索挑戰(zhàn)新的任務(wù)。

【點(diǎn)評(píng)】“讓小車(chē)準(zhǔn)起來(lái)”的探究活動(dòng)具有挑戰(zhàn)性，需要學(xué)生在前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析數(shù)據(jù)并做出決策判斷，能夠培養(yǎng)學(xué)生的決策能力。這樣的設(shè)計(jì)有學(xué)習(xí)進(jìn)階的思考，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力非常有幫助。

（三）小結(jié)提升

師：同學(xué)們，這節(jié)課我們利用墊圈的重力轉(zhuǎn)化為拉力讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)了，我們還有很多方法讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，后續(xù)的課堂中我們將繼續(xù)進(jìn)行研究。

三、總評(píng)與思考

首先，三個(gè)探究活動(dòng)體現(xiàn)了學(xué)習(xí)進(jìn)階。教師很好地處理了三個(gè)活動(dòng)之間的關(guān)系，用“讓小車(chē)動(dòng)起來(lái)”“讓小車(chē)快起來(lái)”“讓小車(chē)準(zhǔn)起來(lái)”三個(gè)具有梯度的探究活動(dòng)串起本節(jié)課，較好地達(dá)成了本節(jié)課科學(xué)概念的建構(gòu)，層次清晰。“讓小車(chē)動(dòng)起來(lái)”的目標(biāo)是讓學(xué)生知道當(dāng)墊圈的個(gè)數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，小車(chē)才會(huì)由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這節(jié)課中能讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)的力是由墊圈的重力轉(zhuǎn)化而來(lái)的拉力。這個(gè)活動(dòng)并不難，在教學(xué)過(guò)程中教師要有意識(shí)地為學(xué)生開(kāi)展第二個(gè)活動(dòng)做鋪墊。“讓小車(chē)快起來(lái)”是本節(jié)課的核心活動(dòng)，主要讓學(xué)生觀(guān)察拉力大小對(duì)小車(chē)運(yùn)動(dòng)速度的影響，拉力越大，小車(chē)運(yùn)動(dòng)得越快，即加的墊圈越多，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度越快。這個(gè)活動(dòng)主要讓學(xué)生通過(guò)小組合作的方式，進(jìn)行實(shí)踐探究活動(dòng)，收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、形成概念。“讓小車(chē)準(zhǔn)起來(lái)”是一個(gè)提升活動(dòng)，它是基于學(xué)生對(duì)原有數(shù)據(jù)的分析而展開(kāi)的，這也體現(xiàn)了活動(dòng)之間的進(jìn)階思考。

其次，交流研討聚焦學(xué)生思維發(fā)展。本節(jié)課教師借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展研討。特別是關(guān)注了“墊圈怎么加”這個(gè)問(wèn)題。在第一個(gè)活動(dòng)中，圍繞“怎么加”做研討，學(xué)生知道應(yīng)該要一個(gè)一個(gè)地加墊圈才能測(cè)出剛好讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)所需要的力；在第二個(gè)活動(dòng)中，再次圍繞“怎么加”展開(kāi)研討，學(xué)生通過(guò)研討逐步理解應(yīng)該要多個(gè)多個(gè)地加，這樣能夠讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，更能發(fā)現(xiàn)規(guī)律。第三個(gè)活動(dòng)“讓小車(chē)準(zhǔn)起來(lái)”則圍繞第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)展開(kāi)，讓學(xué)生去決策，這對(duì)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)至關(guān)重要。學(xué)生只有在分析了前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上去決策，才能快速地找到最接近3秒所需的墊圈數(shù)量，才能用較少的時(shí)間去完成挑戰(zhàn)任務(wù)。這培養(yǎng)了學(xué)生的決策能力，是對(duì)學(xué)生思維的一種有效訓(xùn)練。

最后，搭建教學(xué)支架聚焦數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。在第二個(gè)活動(dòng)的研討環(huán)節(jié)，教師給出了交流展示支架。教師借助一張數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖（圖略），讓學(xué)生把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接表達(dá)在統(tǒng)計(jì)圖中，然后教師用不同顏色的筆連線(xiàn)制成折線(xiàn)圖，再讓學(xué)生進(jìn)行分析，學(xué)生很快就從中發(fā)現(xiàn)了規(guī)律。同時(shí)，也為第三個(gè)活動(dòng)提供了支撐，學(xué)生借助圖表，能較快地找到答案。如第4小組學(xué)生所說(shuō)：“我們前面一個(gè)實(shí)驗(yàn)用4個(gè)墊圈，時(shí)間為4.9秒，用8個(gè)墊圈時(shí)間為2.7秒；現(xiàn)在要控制在3秒，所以我們選擇了7個(gè)墊圈。”學(xué)生表述有理有據(jù)，正是借助了這樣的學(xué)習(xí)支架。