王興輝

摘要：在小學(xué)四年級(jí)科學(xué)教材（青島版）中的《水流有力量》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)上，許多參加優(yōu)質(zhì)課公開(kāi)課的教師拋開(kāi)課本別出心裁的采用了自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行教學(xué)，筆者認(rèn)為這不僅是對(duì)教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和科學(xué)知識(shí)認(rèn)知等諸多方面的誤解，還增加了學(xué)生的認(rèn)知難度和學(xué)習(xí)壓力，本文就《水流有力量》一課中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案展開(kāi)論述，并試圖探究新課改下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：新課改;科學(xué)實(shí)驗(yàn);水流有力量

1教學(xué)實(shí)驗(yàn)描述

該實(shí)驗(yàn)是針對(duì)小學(xué)四年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，希望學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛏A基本的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，如學(xué)會(huì)控制實(shí)驗(yàn)常量和變量。能夠在這堂課中認(rèn)識(shí)到水流有力量，并且能夠認(rèn)識(shí)到水從水位越高的地方流下水流產(chǎn)生的力量越大，水的流量越大水流的力量越大。

2實(shí)際教學(xué)情況部分課堂的操作方法

具體的實(shí)驗(yàn)方法是：用兩個(gè)大小相同，開(kāi)口相同的瓶子，在同一高度下一個(gè)人為對(duì)水瓶施加壓力，另一個(gè)不施加外力，讓水流沖擊水輪，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施加壓力的水瓶明顯可以讓水輪轉(zhuǎn)得更快，由此得出流速對(duì)水流產(chǎn)生力量的影響。但在筆者看來(lái)此實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不但存在明顯的缺陷而且還有畫(huà)蛇添足的成分，現(xiàn)分析如下。

3教學(xué)方案中存在的問(wèn)題

首先，在筆者看來(lái)水流的流量已經(jīng)包含了流速這一因素，有流量的體積描述來(lái)定義流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)液體流出的體積。由流量的體積公式：流量（Q）=水的流速（v）×水流截面積（s）可知，流量和水流的速度和橫截面積均有關(guān)系，我們?cè)谠O(shè)計(jì)水流的力量和水流的流量的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)水流的多少恰好體現(xiàn)了流速和水流的橫截面，流量等同于流速和橫截面的乘積。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)直觀上認(rèn)為流量也就是體積，流速越大橫截面積越大，則流量越大，水流產(chǎn)生的力量也越大。

我們進(jìn)一步分析，若采用微元法探究水的流量大小對(duì)其力量的影響，可以把水流看作是一個(gè)單位體積的水滴的集合，通過(guò)自由落體運(yùn)動(dòng)，將其重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。動(dòng)能（EK）=質(zhì)量（m）×重力加速度（g）×高度（h），然后水的一部分動(dòng)能再轉(zhuǎn)化為水輪的動(dòng)能。我們假定水和水輪之間的能量轉(zhuǎn)化率是相同的情況下。那么我們通過(guò)微元法來(lái)觀察，如果是相同的一滴水，其質(zhì)量（m）=密度（ρ）×體積（v），那么體積相同的情況下質(zhì)量是相同的，所以在高度確定的情況下，單位體積的水的動(dòng)能是確定的，那么對(duì)水輪的作用也是確定的。所以同一高度影響水輪轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的因素是單位時(shí)間內(nèi)有多少單位體積的水滴與小水輪發(fā)生了碰撞，因此該論證驗(yàn)證了水的流量其本質(zhì)與水的流量有關(guān)，而與水的流速無(wú)關(guān)，而得到與水的流速相關(guān)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論的本質(zhì)是：水的流速加快導(dǎo)致了水的流量加大，從而引起了單位時(shí)間內(nèi)水的質(zhì)量（體積）增多，導(dǎo)致其動(dòng)能的增加。

因此從以上分析來(lái)看：我們認(rèn)為水流的力量大小看成是與水流的流量有關(guān)更加科學(xué)合理，更加容易讓人理解。

其次，根據(jù)小學(xué)生科學(xué)認(rèn)知發(fā)展規(guī)律來(lái)看，該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的變量達(dá)到三種之多：水位，流速和流量，短時(shí)間內(nèi)學(xué)生們難以區(qū)分容易混淆，因此實(shí)驗(yàn)方案中對(duì)變量的設(shè)定難以做到“兩變一不變”的合理有效的控制;而且從學(xué)生心理認(rèn)識(shí)發(fā)展或者科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的層面來(lái)說(shuō)，這至少是初中生所具備的水平，對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)有些超前，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)無(wú)論是對(duì)各種變量的控制，還是實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中各環(huán)節(jié)的把控都會(huì)有些迷茫，而且從實(shí)際的課堂教學(xué)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂中難以正常順利的完成實(shí)驗(yàn)。

再次，由于該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中為了突出水流速度的變化對(duì)水輪快慢的影響，人為通過(guò)手動(dòng)控制水流的速度來(lái)調(diào)節(jié)水流力量的大小，進(jìn)而改變水輪轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，這顯然也是不科學(xué)的：人為因素的增加就改變了原有的水的動(dòng)能是其單純的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換的結(jié)果。人對(duì)水瓶做功，那么水瓶發(fā)生形變會(huì)對(duì)水做功，從而水流得到的動(dòng)能（EK）=重力勢(shì)能（m×g×h）+人為外力做功（w），因此實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果與人手的壓力大小有很大關(guān)系。

因此最后筆者建議：對(duì)于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)需要在符合實(shí)驗(yàn)本身科學(xué)性的前提下，充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠充分理解實(shí)驗(yàn)進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)。

4教學(xué)問(wèn)題改進(jìn)的方法

4.1不盲目增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)于教材中的實(shí)驗(yàn)，是經(jīng)過(guò)多方面考量和論證的，符合適齡學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活，也符合他們的認(rèn)知能力，不刻意增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以免讓學(xué)生在認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)上產(chǎn)生誤解從而失去對(duì)科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

4.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行科學(xué)的論證

在自主設(shè)計(jì)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理一定要理解深刻，同時(shí)要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性進(jìn)行論證，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的邏輯規(guī)范，不對(duì)實(shí)驗(yàn)人為干預(yù)，讓學(xué)生從小養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。

4.3加強(qiáng)課堂引導(dǎo)

四年級(jí)的學(xué)生認(rèn)知能力和知識(shí)儲(chǔ)備有限，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課來(lái)說(shuō)，可以采用探究型實(shí)驗(yàn)代替驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)來(lái)引起他們的興趣，但是教師需要在實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)思維上進(jìn)行有效的引導(dǎo)，激發(fā)孩子們探求知識(shí)主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]余淑霞.小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)有效性的策略研究——泉州市"十二五"重點(diǎn)立項(xiàng)課題實(shí)驗(yàn)方案[C]//第五屆中國(guó)教育技術(shù)裝備論壇獲獎(jiǎng)?wù)撐募ㄏ拢?