李佩寧

加速和減速是牛頓力學(xué)體系中非常重要的運(yùn)動(dòng)形式，兩者相反，但是道理相同。加速運(yùn)動(dòng)多與人類活動(dòng)進(jìn)取方面的目的相關(guān)，而減速運(yùn)動(dòng)則更多地考慮到日常安全。大到一顆人造衛(wèi)星，小到一顆粒子，都可能需要利用減速運(yùn)動(dòng)達(dá)到特定的目的。在日常生活中，減速運(yùn)動(dòng)被應(yīng)用最多的地方就是交通出行。汽車、火車如果剎車制動(dòng)失靈將造成難以估量的損失，結(jié)果可能是毀滅性的。為此，人類利用摩擦力發(fā)明了汽車制動(dòng)系統(tǒng)，其作用是行駛中的汽車按照駕駛員的要求進(jìn)行強(qiáng)制減速甚至停車；使汽車在各種道路條件下（包括在坡道上）穩(wěn)定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定，不致失控。

一、課程重點(diǎn)

為了更好地了解減速運(yùn)動(dòng)，需要利用實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是指對(duì)已經(jīng)認(rèn)定的科學(xué)定理和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證性的試驗(yàn)，一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果往往是已經(jīng)知道的或者是確定的，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證結(jié)果或找出與結(jié)果不同的實(shí)驗(yàn)條件。在研究減速運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，摩擦力的作用就是確定的，但是究竟在什么樣的情況下會(huì)出現(xiàn)摩擦力怎樣的變化，則需要學(xué)生自己動(dòng)手通過實(shí)驗(yàn)去探究。

因此，本課重點(diǎn)是讓低年級(jí)學(xué)生通過減速實(shí)驗(yàn)，了解科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)良好運(yùn)用工具、記錄數(shù)據(jù)、最終得出科學(xué)結(jié)論的完整過程的認(rèn)識(shí)。

【涉及領(lǐng)域】工程、物理學(xué)、生物學(xué)、藝術(shù)

【建議年級(jí)】小學(xué)低年級(jí)

【建議時(shí)間】155分鐘

二、課程任務(wù)

引導(dǎo)學(xué)生了解減速運(yùn)動(dòng)的概念，學(xué)習(xí)科學(xué)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)時(shí)的基本方法，引起學(xué)生探究現(xiàn)象、學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，初步嘗試用文字記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并做出分析。以摩擦力和減速運(yùn)動(dòng)為例，一步步引導(dǎo)學(xué)生思考已知條件和所需求未知結(jié)果，確定彼此之間的聯(lián)系，同時(shí)，營(yíng)造可以在動(dòng)手中深入感受和理解的課堂氛圍。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（15分鐘）

簡(jiǎn)述科學(xué)實(shí)驗(yàn)的概念，詢問學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。以比薩斜塔實(shí)驗(yàn)的故事為引。

什么是科學(xué)實(shí)驗(yàn)？是人們?yōu)閷?shí)現(xiàn)預(yù)定目的，在人工控制條件下，通過干預(yù)和控制科研對(duì)象而觀察和探索科研對(duì)象有關(guān)規(guī)律和機(jī)制的一種研究方法。教師應(yīng)在此處舉出一些概念性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的例子，如用小白鼠做醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，用激光器和棱鏡做光學(xué)實(shí)驗(yàn)等。歷史上比較著名的，還有傳說中伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)。詢問學(xué)生以下問題：

（1）科學(xué)實(shí)驗(yàn)是為了知道什么？

（2）為了達(dá)成目的，大家認(rèn)為或者猜想一下需要做什么？

（3）科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要經(jīng)過哪些過程？（如預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備、執(zhí)行、觀察、記錄、分析和書寫報(bào)告等，重點(diǎn)討論預(yù)測(cè)、觀察、記錄和書寫報(bào)告的意義與重要性。）

（4）怎樣才能準(zhǔn)確記錄或者更好地記錄？（如多次測(cè)量取平均值等）

2.宣布任務(wù)一和評(píng)價(jià)量規(guī)，小組準(zhǔn)備（20分鐘）

【宣布任務(wù)】給定一個(gè)距離，要求小車從一塊木板上滑下來，在不同的平面上繼續(xù)滑行，同時(shí)避免撞到這個(gè)距離上的障礙（此距離指木板的下端與地面接觸點(diǎn)到障礙物間的距離），發(fā)現(xiàn)各在什么情況下會(huì)撞到，什么情況下不會(huì)撞到。讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)、列出結(jié)果。宣布任務(wù)化提供材料，并展示評(píng)價(jià)量規(guī)（見表1）。

【材料】尺子、玻璃紙、砂紙、毛巾、木板、玩具小車、膠帶、剪刀、秒表。

在任務(wù)開始之前，要讓學(xué)生思考以下問題。

（1）對(duì)于小車在不同材質(zhì)地面上的滑行，實(shí)驗(yàn)前你的預(yù)測(cè)是什么？

（2）除了地面材質(zhì)以外，還有哪些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？

給少量時(shí)間讓小組各自進(jìn)行溝通準(zhǔn)備。每個(gè)人都要寫下自己的想法和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，然后小組討論執(zhí)行什么樣的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

3.任務(wù)的執(zhí)行（20分鐘）

正式執(zhí)行制作任務(wù)。要求學(xué)生注意比較預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比有什么不同，按照要求填寫任務(wù)單（見附錄1）。依照評(píng)價(jià)量規(guī)，考慮以下內(nèi)容。

（1）你的預(yù)測(cè)是什么？你們小組的預(yù)測(cè)是什么？怎樣能用一句話或者很少的文字概括？

（2）你的設(shè)計(jì)是什么？你們小組的設(shè)計(jì)是什么？按順序分別列出步驟的話，分為哪幾步？

（3）實(shí)驗(yàn)應(yīng)該做哪些準(zhǔn)備？

（4）實(shí)驗(yàn)執(zhí)行的時(shí)候應(yīng)該注意什么？

（5）怎樣使觀察更方便、準(zhǔn)確？觀察和記錄的具體操作是怎樣的？

（6）觀察到的結(jié)果應(yīng)該如何列入表格和圖表，是否需要在實(shí)驗(yàn)前就設(shè)計(jì)這樣的表格和圖表框架？你們的框架包括了哪些內(nèi)容？為何如此設(shè)計(jì)？小組的分工如何？

4.任務(wù)一的總結(jié)和反思（30分鐘）

全部小組完成后，組織大家討論以下問題。

（1）你們組怎么分工的？

（2）你總結(jié)出科學(xué)實(shí)驗(yàn)的模式了嗎？如果有，是怎樣的模式？

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你發(fā)現(xiàn)使小車產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)的原因有哪幾類？它們之間有關(guān)系嗎？

（4）科學(xué)家是用哪種方式描述他們的研究和結(jié)果的？

【拓展】請(qǐng)思考，科學(xué)家們針對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的寫作和作家進(jìn)行的寫作，是否有區(qū)別？為什么科學(xué)家要選擇這種方法進(jìn)行寫作？

5.宣布任務(wù)二和評(píng)價(jià)量規(guī)（20分鐘）

【宣布任務(wù)】由教師設(shè)定一個(gè)固定斜度的木板以及木塊起始的位置，再在木塊滑下的路徑上某個(gè)位置放一個(gè)小木塊（即設(shè)置終點(diǎn)），讓學(xué)生設(shè)計(jì)由不同材料拼接的路面（至少兩種材料）放置在木板下方木塊下滑的路徑上，看誰在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（十分鐘）能夠拼出最好的路面，讓最后小車滑下來距離終點(diǎn)處的木塊最近而不發(fā)生碰撞（測(cè)量三次取最佳值，允許兩次失敗，即允許兩次撞到小木塊）。提供材料，并展示評(píng)價(jià)量規(guī)（見表2），并給各小組時(shí)間準(zhǔn)備。

【材料】尺子、玻璃紙、砂紙、毛巾、木板、玩具小車、膠帶、剪刀、秒表。

6.任務(wù)二的執(zhí)行（20分鐘）

正式執(zhí)行制作任務(wù)。要求學(xué)員依照評(píng)價(jià)量規(guī)，考慮以下內(nèi)容：

（1）你們小組要用到幾種材料？

（2）哪種材料能讓小車速度最快降下來？哪種是讓小車降速最不明顯的？

（3）你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)應(yīng)該做哪些準(zhǔn)備？

（4）你認(rèn)為對(duì)材料是否要進(jìn)行裁剪？這些裁剪是否要有規(guī)律？如果有，是什么規(guī)律？

（5）以兩種不同的材料作為路面，將兩種材料互換位置后，小車停下來的位置還一樣嗎？你是怎樣預(yù)測(cè)的？測(cè)試的結(jié)果又如何？

（6）觀察到的結(jié)果該如何列入表格和圖表，是否在實(shí)驗(yàn)前就設(shè)計(jì)了這樣的表格和圖表的框架？你們的框架包括了哪些內(nèi)容？為何如此設(shè)計(jì)？

7.任務(wù)二的總結(jié)和反思（30分鐘）

全部小組完成后，組織學(xué)生討論以下問題：

（1）你們組怎么分工的？

（2）為了達(dá)到最佳效果，使用的材料種類越多越好嗎？為什么？

（3）你們覺得應(yīng)當(dāng)將更加粗糙的材料放在所制作路面靠后的階段還是靠前的階段？為什么？

（4）優(yōu)勝的小組哪些方面做得比其他組更好？或者哪些方面讓你印象深刻或受到啟發(fā)？

【拓展挑戰(zhàn)】讓學(xué)生利用圖表等，預(yù)測(cè)教師在某個(gè)其他給定高度上釋放小車時(shí)，在各自小組制作的拼接路面上小車能夠滑行的距離。并讓學(xué)生討論，如何利用圖表，哪些特殊的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)，并說出為什么。