《搭建機(jī)械模型》教學(xué)分析

王利沖　敦文術(shù)

從學(xué)習(xí)內(nèi)容來看，《搭建機(jī)械模型》是學(xué)生學(xué)習(xí)了《巧妙的用力》后構(gòu)建的專題研究課例。學(xué)生在掌握了杠桿、滑輪、輪軸、斜面四種簡(jiǎn)單機(jī)械的工作原理及組合方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制作一個(gè)省力的模型，體現(xiàn)科學(xué)與技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)的整合，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新能力等。

在《巧妙的用力》單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生能動(dòng)手進(jìn)行系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)，能動(dòng)腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比較、歸納推理，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，說明五年級(jí)學(xué)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(shù)工程實(shí)踐為主線，按照確定制作裝置的目的、多種方案設(shè)計(jì)、合理選擇修正方案、調(diào)試、評(píng)價(jià)、改進(jìn)制作裝置為教學(xué)思路，突出技術(shù)設(shè)計(jì)的諸多要素，使學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中體會(huì)到“做”的成功和樂趣，養(yǎng)成通過“動(dòng)手做”解決問題的習(xí)慣。

教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

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

生：可以利用動(dòng)滑輪。

師：你怎么想到了動(dòng)滑輪？

生：因?yàn)閯?dòng)滑輪省力。

師：你是單獨(dú)用動(dòng)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(yīng)該會(huì)更加省力。

師：他想到了把兩種省力機(jī)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(dòng)滑輪和輪軸組合起來。

師：他們都想到了用兩種省力機(jī)械的組合，還有不同的嗎？

生：我用斜面、動(dòng)滑輪和輪軸3種省力機(jī)械的組合。

生：我用3個(gè)動(dòng)滑輪加上斜面和輪軸，這樣我就用到了5個(gè)省力的機(jī)械。

師：你們說的這些方案哪個(gè)更省力呢？我們用實(shí)驗(yàn)的方法，搭建一個(gè)機(jī)械模型來驗(yàn)證。

設(shè)計(jì)意圖：把生活中一個(gè)情境用任務(wù)的形式呈現(xiàn)出來，使學(xué)生明白簡(jiǎn)單機(jī)械在生活中的用途無處不在。之后，利用一系列的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，怎樣把能夠省力的機(jī)械組合到一起，來優(yōu)化機(jī)械的省力作用，引導(dǎo)學(xué)生用組合法進(jìn)行思考，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.小組活動(dòng)，設(shè)計(jì)方案

（1）提出要求，指導(dǎo)設(shè)計(jì)

師：搭建模型和修橋、蓋房子一樣，都屬于工程，工程首先要設(shè)計(jì)方案。接下來，我們就為這個(gè)機(jī)械模型設(shè)計(jì)一個(gè)方案。（出示設(shè)計(jì)目的）這是設(shè)計(jì)目的，請(qǐng)一位同學(xué)來讀一讀。

生：利用幾種簡(jiǎn)單機(jī)械的組合，設(shè)計(jì)一個(gè)省力的方案，把400克的物體抬到10厘米的平臺(tái)上，并畫出設(shè)計(jì)圖。

師：簡(jiǎn)單機(jī)械是怎樣組合的呢？老師找到了兩個(gè)實(shí)例（出示設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖）。這是電梯，它用到了兩種省力機(jī)械的組合：輪軸在最高點(diǎn)，動(dòng)滑輪和電梯轎廂連在一起。這是運(yùn)礦車，它也用到了兩種省力機(jī)械：斜面連接地下和地面，輪軸在上面。

設(shè)計(jì)意圖：通過教師的講述，讓學(xué)生明白這項(xiàng)任務(wù)是一個(gè)工程，并且知道了一項(xiàng)工程大致要分成兩步來完成：設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行制作。接下來，教師出示生活中簡(jiǎn)單機(jī)械組合的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖（電梯和運(yùn)礦車），為學(xué)生設(shè)計(jì)方案提供了參考，引導(dǎo)學(xué)生正確設(shè)計(jì)省力裝置的組合。

師：那么，方案到底應(yīng)該怎樣來設(shè)計(jì)呢？老師給大家提供一種思路：第一步，小組交流設(shè)計(jì)思路，根據(jù)思路選擇材料;第二步，把材料簡(jiǎn)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(qǐng)大家以小組為單位設(shè)計(jì)至少一套方案，畫在方案紙上，最后選出最合理的方案。

（學(xué)生分小組活動(dòng)。）

設(shè)計(jì)意圖：為了遵循小學(xué)生記憶的規(guī)律——形象、回憶、重現(xiàn)，我設(shè)計(jì)了教師演示、學(xué)生復(fù)述、出示步驟三個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生熟練掌握設(shè)計(jì)方法，為后面的設(shè)計(jì)方案環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。

（2）小組匯報(bào)，交流評(píng)價(jià)

師：哪個(gè)小組來介紹你們的方案？

生：我們用到了定滑輪、動(dòng)滑輪、重物。滑輪組既可以省力，又可以改變力的方向。

師：關(guān)于他的方案，你們有什么建議嗎？

生：動(dòng)滑輪與定滑輪的連線不正確，應(yīng)該把線的一端固定在定滑輪下方的鐵鉤上，另一端從動(dòng)滑輪下方穿過，再從定滑輪的上方穿過去，并系在測(cè)力計(jì)的鐵鉤上。

師：你的建議真好，關(guān)注到方案中連線的準(zhǔn)確性。其他同學(xué)還有不同的方案嗎？

生：我們用到了輪軸、動(dòng)滑輪、重物。兩個(gè)省力機(jī)械的組合可能更省力。

師：他們小組的方案，簡(jiǎn)單機(jī)械的位置合適，連線準(zhǔn)確，整體是合理的。還有不同的方案嗎？

生：我們用到了動(dòng)滑輪、輪軸、斜面和重物，3種省力機(jī)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(gè)動(dòng)滑輪、3個(gè)輪軸、1個(gè)斜面和重物，我們覺得這樣會(huì)更省力。

師：你們真厲害，可以把這么多省力的簡(jiǎn)單機(jī)械組合到一起，連線也都準(zhǔn)確，整體設(shè)計(jì)也非常合理。通過幾個(gè)小組的匯報(bào)，我們都知道了，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意材料簡(jiǎn)圖的位置要合適，連線要準(zhǔn)確。老師從大家的設(shè)計(jì)中挑選了三個(gè)完整的方案：方案一是輪軸和動(dòng)滑輪的組合，方案二是斜面和動(dòng)滑輪的組合，方案三是斜面、輪軸和動(dòng)滑輪的組合。各小組參考這三個(gè)方案，用兩分鐘時(shí)間對(duì)你們的方案進(jìn)行完善。

（學(xué)生分小組活動(dòng)，根據(jù)以上三個(gè)小組在匯報(bào)中出現(xiàn)的問題，檢查自己的設(shè)計(jì)圖，并根據(jù)師生對(duì)設(shè)計(jì)圖的修改意見，完善設(shè)計(jì)方案。）

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

設(shè)計(jì)意圖：通過教師指定小組匯報(bào)，引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)，規(guī)范學(xué)生匯報(bào)的內(nèi)容：用到了什么材料和哪些簡(jiǎn)單機(jī)械，它們的組合可能更省力。通過規(guī)范匯報(bào)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考所選材料的組合是否合理，設(shè)計(jì)方案是否更省力。同時(shí)，也為學(xué)生評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（是否更省力）指明了方向。在這個(gè)過程中，小組成員通過匯報(bào)，鍛煉語言表達(dá)能力和傾聽能力，提高評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)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(gè)小組準(zhǔn)備了這些材料：斜面、定滑輪、動(dòng)滑輪、輪軸、支架、重物、測(cè)力計(jì)、繩子、剪刀。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)材料，選擇你認(rèn)為最合理、最省力的方案，以小組為單位，在10分鐘內(nèi)按照方案完成搭建任務(wù)，并測(cè)出力的大小，重復(fù)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(gè)百分比計(jì)算這個(gè)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(xué)生小組活動(dòng)，搭建模型，完成測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)。）

（2）匯報(bào)交流

師：哪個(gè)小組來匯報(bào)一下，你們用到了哪些材料，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是多少？

生：我們小組選的方案一，測(cè)得力的平均數(shù)是1.1牛，實(shí)際用力占重物重量的27.5%，實(shí)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(cè)得力的平均數(shù)是0.9牛，實(shí)際用力占重物重量的22.5%，實(shí)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(cè)得力的平均數(shù)是0.5牛，實(shí)際用力占重物重量的12.5%，實(shí)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(dòng)滑輪及兩個(gè)輪軸的組合。測(cè)得力的平均數(shù)是0.3牛，實(shí)際用力占重物重力的7.5%，實(shí)際用75千克重的力可以提起1000千克的重物。

設(shè)計(jì)意圖：通過小組分工合作，完成任務(wù)，可以培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)，鍛煉他們的語言表達(dá)等能力;通過按圖搭建模型，可以提高學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力和工程制作能力，培養(yǎng)他們把科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等知識(shí)整合的能力;學(xué)生對(duì)所搭建的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測(cè)試，可以提高他們的實(shí)驗(yàn)操作能力;通過模型的設(shè)計(jì)及成功的搭建，讓學(xué)生獲得積極的心理體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心;通過匯報(bào)交流、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析科學(xué)事實(shí)、歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，鍛煉了學(xué)生觀察、分析、歸納等能力。

4.教師總結(jié)，拓展應(yīng)用

師：通過搭建機(jī)械模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單機(jī)械的合理組合可以更省力。通常情況下，兩個(gè)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(gè)模型都可以幫助他們解決問題。生活中還有很多機(jī)器也用到了簡(jiǎn)單機(jī)械的組合。比如升降衣架、腳踏吊籃、倒鏈，其中，倒鏈又叫“手動(dòng)吊車”，“5T”是它的型號(hào)，就是一個(gè)人用它可以拉起5噸的重物。你們知道它用到了哪些簡(jiǎn)單機(jī)械的組合嗎？它們又是怎么組合的呢？感興趣的同學(xué)可以課下接著研究。

設(shè)計(jì)意圖：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生試著解釋“倒鏈”省力的原因和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而讓學(xué)生把問題帶到課下，給他們提供應(yīng)用本節(jié)課所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的機(jī)會(huì)，從而提高他們應(yīng)用知識(shí)的能力。

點(diǎn)評(píng)

本節(jié)課屬于技術(shù)與工程領(lǐng)域的實(shí)踐課例，是結(jié)合了2017版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中技術(shù)工程的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的。從實(shí)際效果來看，本課具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.跨學(xué)科整合性

韋鈺院士曾強(qiáng)調(diào)，教師要為學(xué)生提供整體認(rèn)識(shí)世界的機(jī)會(huì)，使學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎知識(shí)變成一個(gè)互相聯(lián)系、統(tǒng)一的整體，以消除傳統(tǒng)教學(xué)中各學(xué)科知識(shí)割裂、不利于學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的障礙。從本課來看，教師將教學(xué)的重心之一放在特定問題“利用幾種簡(jiǎn)單機(jī)械的組合，設(shè)計(jì)一個(gè)省力的方案，把400克的物體抬到10厘米的平臺(tái)上，并畫出設(shè)計(jì)圖”上，就是強(qiáng)調(diào)利用科學(xué)（簡(jiǎn)單機(jī)械原理）、技術(shù)（設(shè)計(jì)搭建方法）、工程（搭建模型）、數(shù)學(xué)（計(jì)算省力數(shù)據(jù)）、美術(shù)（畫設(shè)計(jì)圖）等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)解決問題，實(shí)現(xiàn)以科學(xué)原理為基礎(chǔ)，其他學(xué)科為輔助的學(xué)科整合性，從多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的角度提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

2.技術(shù)設(shè)計(jì)完整性

技術(shù)設(shè)計(jì)所呈現(xiàn)出的知識(shí)基本形式是技術(shù)原理和操作方法，本課例中學(xué)生通過設(shè)計(jì)省力機(jī)械模型的過程就是將技術(shù)原理（簡(jiǎn)單機(jī)械）與操作方法（實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)）進(jìn)行遷移和運(yùn)用，所有小組都設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意的作品，獲得了一定的成就感，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)整個(gè)設(shè)計(jì)過程兼?zhèn)淞恕凹夹g(shù)設(shè)計(jì)”的一些特性：

目標(biāo)性，在設(shè)計(jì)之前和學(xué)生一起明確設(shè)計(jì)的目標(biāo);

制約性，在真實(shí)情境與模型設(shè)計(jì)之間，學(xué)生懂得了設(shè)計(jì)模型時(shí)需要考慮作品與實(shí)驗(yàn)材料規(guī)格、條件的限制;

不確定性，讓學(xué)生明白沒有絕對(duì)正確的設(shè)計(jì)方案，要盡可能地完善和重組自己的方案，從而達(dá)到最優(yōu)化。

3.實(shí)踐體驗(yàn)趣味性

課標(biāo)提出，技術(shù)與工程實(shí)踐活動(dòng)可以使學(xué)生體會(huì)到“做”的成功和樂趣，并養(yǎng)成通過“動(dòng)手做”解決問題的習(xí)慣。本節(jié)課在確定制作裝置的目的、多種方案設(shè)計(jì)、合理選擇修正方案、調(diào)試、評(píng)價(jià)、改進(jìn)制作裝置等各個(gè)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦參與，學(xué)生將內(nèi)隱的設(shè)計(jì)思路以設(shè)計(jì)圖案的形式外顯化，不僅獲得結(jié)果性知識(shí)，還獲得蘊(yùn)含在問題解決過程中的過程性知識(shí)。同時(shí)，在實(shí)施過程中把多學(xué)科知識(shí)融于有趣、具有挑戰(zhàn)性、與學(xué)生生活相關(guān)的問題中，加上“小組評(píng)議”等形式，讓課堂氣氛活躍，學(xué)習(xí)效率高。

總之，本節(jié)課的設(shè)計(jì)與實(shí)踐是教師對(duì)于技術(shù)與工程領(lǐng)域課例的一種嘗試和摸索，使教學(xué)理念發(fā)生質(zhì)的變化，將科學(xué)課從“解釋的科學(xué)”向“行動(dòng)的科學(xué)”邁進(jìn)。