小學科學思維型課堂構建策略淺探

《擰螺絲的學問》編排在蘇科版科學五年級“簡單機械”單元，主要學習內容是輪軸的相關知識。在課前問卷調查中，我們發現學生都不知道什么是輪軸，甚至有人將形狀為圓形的輪子或相關的物品混淆為輪軸，所以關于輪軸的結構及其工作特點是本節課的重點、難點。此外，五年級學生雖然已經接觸了一些簡單工具，如螺絲刀、扳手、鉗子、錘子等，但是這些工具涉及怎樣的科學原理，絕大多數學生不清楚。據此，筆者設置了如下教學目標：①科學觀念——知道輪軸這種簡單機械可以提高生產效率和工作效率；②科學思維——能通過生活中的實物分析輪軸的結構特征，能通過模型建構的方式研究輪軸省力和費力的原理；③探究實踐——在利用模型進行實驗探究的過程中，能通過記錄的數據，運用分析、比較等方法，得出在輪上用力比在軸上用力更省力的結論；④態度責任——能實事求是地記錄數據，通過數據做出獨立判斷，并通過合作與交流的方式開展探究活動。為達成教學目標，筆者預設了“設計情境，激發動機；認識結構，辨認輪軸；設計實驗，分組探究；學以致用，應用遷移”四個環節，構建小學科學思維型課堂。

一、設計情境，激發動機

教學伊始，筆者設計了這樣的游戲：出示一個飲料瓶，隨意指定兩名學生，讓一名學生握住瓶口端，另一名學生握住瓶底端，同時用力反向轉動，看誰能掌握飲料瓶轉動的方向。學生發現，握住瓶底端的學生掌握了飲料瓶的轉動方向。筆者讓兩名學生調換飲料瓶的方向，即握瓶底端的學生握瓶口端，握瓶口端的學生握瓶底端，再次同時用力反向轉動。學生發現，還是握瓶底端的學生掌握了飲料瓶轉動的方向。轉動同一個飲料瓶，為什么同一名學生有時能掌握轉動方向，有時不能掌握呢？學生結合觀察情況，發現飲料瓶轉動方向與握住瓶底端的學生用力方向一致，也就是說，誰握住了飲料瓶粗的一端，誰就掌握了轉動的方向。

面對這個結果，很多學生不服氣，主動要求上臺嘗試，但結果與上面的游戲結果完全相同。后來在大家的提議下，班上力量最大的學生與力量最小的學生做了一次嘗試，但結果依然無法改變。這個游戲啟發學生思考：是什么原理在控制飲料瓶轉動的方向呢？筆者適時點題“其實這跟擰螺絲的原理相似”，從而揭示了本節課的主題“擰螺絲的學問”。

二、認識結構，辨認輪軸

學生通過觀察螺絲刀的結構建立對輪軸的輪和軸部位的認識，是本節課的教學重點。

為突破重點，筆者先引導學生通過分析螺絲刀的使用特點，認知輪和軸的使用特點，即輪和軸固定在一起同步做功。然后，筆者通過小組討論的方式，引導學生辨認生活中不同的輪軸，如水龍頭、方向盤、扳手、門把手以及轉動的鉛筆刀等。“這些輪軸的使用有哪些共同特點呢？”學生觀察之后，筆者提出這個具有承上啟下作用的問題。承上主要表現在兩個方面：一是學生通過前面的學習，發現輪軸中輪的部位不一定是像輪子一樣的圓形，但輪運動的軌跡包含圓或圓的一部分；二是學生發現軸在使用過程中可能隱藏起來，但它一定會跟著輪同步轉動。啟下主要表現在，當學生發現輪軸的發力部位都在輪上時，筆者及時啟發學生思考：為什么這些輪軸要在輪上發力呢？學生圍繞這個問題展開實踐探究，很快發現用螺絲刀的輪和軸兩個部位分別擰螺絲，在輪上用力省力，在軸上用力費力。至此，學生初步得出一個關于輪軸的猜想：在輪上用力省力，在軸上用力費力。

需要注意的是，這個結論只是初步猜想，是否正確還要通過嚴謹的科學實驗反復論證。教學由此進入下一個環節。

三、設計實驗，分組探究

這是本節課的教學難點。筆者利用模型引導學生探究使用輪軸時在輪上用力省力的奧秘。

利用模型進行實驗探究的前提是學生能夠建立實物與模型之間的關聯。教學中，筆者采用“螺絲刀—螺絲刀俯視圖—模擬螺絲刀—模擬螺絲刀俯視圖—輪軸模型”的順序（如圖1），讓學生循序漸進地認識輪軸模型。

在學生對輪軸模型有了基本認知后，為了增強對比效果，筆者引導學生通過討論，決定采用軸大小相同而輪大小不同的兩組輪軸（第一組中的輪較小，第二組中的輪較大）進行實驗。實際操作中，學生發現在第一組的軸上掛4個鉤碼，輪上只需掛2個鉤碼，此時輪軸保持平衡（如圖2）；為了獲取更多數據，學生改變軸上鉤碼的數量，依次掛2個、6個鉤碼，發現輪上只需依次掛1個、3個鉤碼，輪軸就可以保持平衡。在第二組輪軸實驗中，學生第一次也在軸上掛4個鉤碼，而輪上只需掛1個鉤碼，輪軸就能保持平衡（如圖3）；為了獲取更多數據，學生將軸上的鉤碼數量增加至8個，發現輪上只需掛2個鉤碼，輪軸即可保持平衡。

通過對兩組輪軸實驗數據的分析，學生發現輪上的鉤碼數量少，軸上的鉤碼數量多，而輪軸能保持平衡，這說明在輪上用力省力，在軸上用力費力；學生還通過分析發現，如果輪軸的軸大小相同、軸上的鉤碼數量也相同，輪越大在輪上用的鉤碼數量越少，而輪軸也保持平衡，這說明軸相同時輪越大越省力。

至此，本節課的教學重難點全部突破。

四、學以致用，應用遷移

該環節的重點是針對以上結論——軸相同時輪越大越省力的原理，引導學生遷移應用。

筆者通過以下三個問題達成教學目標。第一，觀察圖4，消防救援時，消防員需要快速打開消防栓，如果你是消防員，你會選擇哪種輪子進行組裝？第二，觀察圖5，在使用內六角扳手時，你會選擇哪個部位發力，為什么？第三，回顧整個教學過程，你能解釋課始游戲中暗含的玄機嗎？

針對第一個問題，學生選擇了最大的輪子，原因是根據輪軸省力原理，輪越大越省力。針對第二個問題，學生選擇了在扳手最頂端發力，原因是選擇扳手最頂端相當于選擇了在最大的輪上用力，而輪越大越省力。針對第三個問題，學生發現飲料瓶也是輪軸，握住粗的一端就相當于使用輪軸當中輪的部位用力，所以在力量差別不是特別大的情況下，握住瓶底端的學生總是能掌控飲料瓶轉動的方向。

此外，筆者呈現了竹蜻蜓、吊扇（如圖6）兩種不同的輪軸，讓學生辨認輪軸使用的部位。

學生通過實際操作，發現這兩種物品使用的是輪軸中軸的部位。他們還通過分析兩種物品使用的特點，發現使用軸的部位可以提高轉動速度，從而建立了輪軸使用的辯證思維，即根據需要合理選擇使用的部位，而不是因為省力全部選擇使用輪這個部位。

（作者單位：武漢市育才第二小學）

責任編輯 姜楚華