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        改進(jìn)“擺長(zhǎng)設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        2021-10-28 08:21:00高海鵬山東肥城市汶陽(yáng)鎮(zhèn)中心小學(xué)
        小學(xué)科學(xué) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:腳手架實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        ◇高海鵬(山東:肥城市汶陽(yáng)鎮(zhèn)中心小學(xué))

        小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常有一些開(kāi)放性的探究?jī)?nèi)容,但是由于學(xué)生自主探究能力不強(qiáng),缺乏必要的科學(xué)素養(yǎng),很容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。在教學(xué)“擺長(zhǎng)設(shè)計(jì)”這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí),我改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),通過(guò)搭建“腳手架”給學(xué)生提供必要的引導(dǎo)和支撐,讓學(xué)生更加順利地進(jìn)行探究,提高課堂教學(xué)效率。

        一、問(wèn)題的產(chǎn)生

        蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)第三單元第五課《擺》一課,在探究了“擺的快慢與什么因素有關(guān)”之后,教材給出了一個(gè)擺長(zhǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):全班分為10組,每個(gè)小組設(shè)計(jì)一個(gè)擺,使擺在15 秒內(nèi)分別擺動(dòng)7,8,9……16 次,然后把各小組的擺按順序掛在黑板上,最后觀察會(huì)呈現(xiàn)出什么樣的圖形。

        這個(gè)活動(dòng)看似簡(jiǎn)單,但真正到了課堂上我才發(fā)現(xiàn),學(xué)生花費(fèi)了整整一節(jié)課的時(shí)間也沒(méi)有設(shè)計(jì)出合格的擺長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)最終失敗了。課后分析原因,我認(rèn)為學(xué)生在探究“擺的快慢與什么因素有關(guān)”活動(dòng)中雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了“擺的快慢與擺長(zhǎng)有關(guān),擺線越長(zhǎng),擺動(dòng)越慢;擺線越短,擺動(dòng)越快”,但具體到多長(zhǎng)的擺線可以使擺在15 秒內(nèi)擺動(dòng)多少次,學(xué)生是沒(méi)有概念的。在這種情況下盲目去試,不僅不會(huì)得出滿意的結(jié)果,而且長(zhǎng)時(shí)間的失敗,也大大挫傷學(xué)生動(dòng)手制作的積極性。

        二、利用“腳手架”降低實(shí)驗(yàn)難度

        我決定對(duì)擺長(zhǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。鑒于學(xué)生對(duì)于擺長(zhǎng)與擺動(dòng)次數(shù)只具有初步的感性認(rèn)識(shí),我決定先給學(xué)生搭建一個(gè)“腳手架”,提供一些具體的數(shù)據(jù)參考,讓學(xué)生建立起具體的數(shù)值概念。

        我首先選擇了5 個(gè)有代表性的數(shù)值:每15秒擺動(dòng)6,9,12,15,18次,先制作出這5 個(gè)擺給學(xué)生進(jìn)行參考。為了減少嘗試次數(shù),節(jié)約備課時(shí)間,我采用了先理論計(jì)算、再實(shí)際制作的方法。

        根據(jù)單擺的周期公式:

        可得擺長(zhǎng)計(jì)算方法:

        據(jù)此可以計(jì)算出這5 個(gè)擺的理論擺長(zhǎng)值分別為155cm,69cm,39cm,25cm、17cm(精確到1cm)。即當(dāng)擺長(zhǎng)為155cm時(shí),擺在15 秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)約為6 次;當(dāng)擺長(zhǎng)為69cm 時(shí),擺在15 秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)約為9 次;當(dāng)擺長(zhǎng)為39cm 時(shí),擺在15秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)約為12 次;當(dāng)擺長(zhǎng)為25cm 時(shí),擺在15 秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)約為15 次;當(dāng)擺長(zhǎng)為17cm 時(shí),擺在15 秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)約為18次。如下表所示:

        6 15秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)理論擺長(zhǎng)(cm)9 69 155 12 39 15 25 18 17

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果制作出這5 個(gè)擺后,逐一測(cè)試并微調(diào)擺長(zhǎng)。上課時(shí),將這些擺分給學(xué)生,以小組為單位,測(cè)量出這5 個(gè)擺的擺線長(zhǎng)度和15秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)。這里我沒(méi)有一上來(lái)就讓學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)擺,而是只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)量活動(dòng),這是因?yàn)橹挥薪?jīng)過(guò)了量擺長(zhǎng)、測(cè)次數(shù)這個(gè)過(guò)程,學(xué)生才能開(kāi)始理解擺長(zhǎng)與次數(shù)的關(guān)系,并建立起初步的數(shù)值概念,最終獲得一個(gè)可以參考的“腳手架”,為下一步正式開(kāi)始設(shè)計(jì)擺做好準(zhǔn)備。

        接下來(lái),我把這5 個(gè)擺掛在黑板上,讓學(xué)生觀察擺線的變化規(guī)律,進(jìn)一步理解“擺的快慢與擺長(zhǎng)有關(guān),擺線越長(zhǎng),擺動(dòng)越慢;擺線越短,擺動(dòng)越快”。然后讓學(xué)生根據(jù)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)猜測(cè)一下黑板上缺失的其他8 個(gè)擺,即每15 秒擺動(dòng)7,8,10,11,13,14,16,17 次的擺,它們擺長(zhǎng)可能會(huì)是多少厘米。

        由于剛剛經(jīng)歷了一個(gè)測(cè)量的過(guò)程,擺長(zhǎng)和次數(shù)已經(jīng)有了明確的數(shù)值參考,學(xué)生很容易就能推算出:每15 秒擺動(dòng)7次的擺,擺長(zhǎng)介于155cm 和69cm 之間,更接近155cm,可能有120cm 左右;每15 秒擺動(dòng)8 次的擺,擺長(zhǎng)也介于155cm和69cm 之間,但是更接近于69cm,可能有90cm 左右。其余幾個(gè)擺,同樣很容易推算出大概的擺長(zhǎng)。

        接下來(lái),就是驗(yàn)證猜測(cè)的過(guò)程。把制作這8 個(gè)擺分成4組,臨近的兩個(gè)為一組,比如每15 秒擺動(dòng)7 次和8 次的為一組,每15 秒擺動(dòng)10 次和11 次的為一組,每個(gè)學(xué)習(xí)小組選擇一組擺進(jìn)行驗(yàn)證制作。

        比如某個(gè)小組選擇了每15 秒擺動(dòng)7次和8 次的擺,先驗(yàn)證制作每15 秒擺動(dòng)7次的擺,就先制作一個(gè)擺線長(zhǎng)度為120cm 的擺,然后用秒表測(cè)試15 秒內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù),如果發(fā)現(xiàn)15 秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)多于7 次,就說(shuō)明擺得快了,也就說(shuō)明擺線短了,要適當(dāng)增加擺長(zhǎng);如果測(cè)試發(fā)現(xiàn)15秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)少于7 次,則說(shuō)明擺得慢了,也就說(shuō)明擺線長(zhǎng)了,要適當(dāng)縮短擺長(zhǎng)。這樣,經(jīng)過(guò)幾次微調(diào),就可以得出一個(gè)比較準(zhǔn)確的數(shù)值。用同樣的方法,可以制作出每15秒擺動(dòng)8次的擺。

        為了培養(yǎng)學(xué)生的誤差意識(shí),我采取了多組制作一個(gè)擺的方式。需要制作的擺只有4組,而學(xué)生的小組數(shù)則多得多,這樣每組擺都至少有兩個(gè)小組進(jìn)行驗(yàn)證制作,多個(gè)小組之間可以互相印證、對(duì)比,從而得到一個(gè)比較精確的結(jié)果。

        學(xué)生制作完成后,把學(xué)生設(shè)計(jì)的擺按順序掛在黑板上的缺失處,讓學(xué)生觀察呈現(xiàn)出了什么圖形。學(xué)生很容易就可以觀察出:擺線越長(zhǎng),擺動(dòng)越慢;擺線越短,擺動(dòng)越快。而且隨著擺動(dòng)次數(shù)的增加,擺長(zhǎng)會(huì)變得越來(lái)越短,但變化是不均勻的。每15秒擺6次和擺8次的兩個(gè)擺,擺長(zhǎng)相差很大,但是擺17 次和擺18 次的兩個(gè)擺,擺長(zhǎng)就相差很小,總體來(lái)看,相鄰兩個(gè)擺的擺長(zhǎng)差距是越來(lái)越小的。把所有擺錘用線連接起來(lái)后,在黑板上就形成了擺長(zhǎng)計(jì)算公式的函數(shù)曲線,雖然學(xué)生現(xiàn)在學(xué)不到這么高深的知識(shí),但是可以借此初步領(lǐng)略到數(shù)學(xué)之美。

        三、經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

        擺長(zhǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)屬于開(kāi)放性的設(shè)計(jì)任務(wù),對(duì)學(xué)生的要求很高,難以當(dāng)堂完成。而修改之后的擺長(zhǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),先讓學(xué)生通過(guò)測(cè)量活動(dòng),得出明確的數(shù)值,獲得了一個(gè)可以倚靠的“腳手架”,然后以此為參考,先估計(jì)擺長(zhǎng),再進(jìn)行實(shí)際的驗(yàn)證,最終制作出比較精確的擺。實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)這樣的修改之后,層層遞進(jìn),化解困難,將開(kāi)放式的高難度設(shè)計(jì)問(wèn)題,轉(zhuǎn)變成了低難度的驗(yàn)證制作,對(duì)學(xué)生的要求低了許多。這大大減少了學(xué)生盲目嘗試的次數(shù),保護(hù)了學(xué)生動(dòng)手制作的積極性,讓學(xué)生真正完成了知識(shí)的內(nèi)化,又體驗(yàn)了動(dòng)手的樂(lè)趣,提高了課堂效率。作為小學(xué)科學(xué)教師,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我們不應(yīng)拘泥于教材,要根據(jù)學(xué)情,為學(xué)生搭好“腳手架”,靈活調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì),這樣才能獲得更好的教學(xué)效果。

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