作者簡(jiǎn)介：胡萍（1980—），女，漢族，浙江長(zhǎng)興人，本科，一級(jí)教師，研究方向：初中科學(xué)。

一、案例背景

“簡(jiǎn)單機(jī)械”是初中科學(xué)中重要的知識(shí)模塊，是引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)“能的形式、轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化”，形成正確的物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀的重要知識(shí)載體。近年來(lái)，全省各市中考卷試題中“簡(jiǎn)單機(jī)械”的相關(guān)知識(shí)在解答題中頻頻出現(xiàn)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)中考卷在考查簡(jiǎn)單機(jī)械的相關(guān)知識(shí)時(shí)是通過生活工具在真實(shí)情境中的使用情況，讓學(xué)生建立模型、借助模型分析推理解決實(shí)際問題，但是從實(shí)際問題抽象成科學(xué)模型對(duì)學(xué)生來(lái)說往往比較困難。學(xué)生的思維在很大程度上屬于經(jīng)驗(yàn)型思維，就事論事的情況比較普遍。教師通過課前的學(xué)情調(diào)查（主要包括學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)）充分認(rèn)識(shí)學(xué)生，在平時(shí)的新課教學(xué)中幫助學(xué)生積累感性認(rèn)識(shí)，使學(xué)生在具體問題研究中能從身邊的事例出發(fā)，突出主要問題，忽略次要因素。

在這節(jié)課中，將“簡(jiǎn)單機(jī)械”的三個(gè)基本模型進(jìn)行統(tǒng)一整合，形成了學(xué)科單元大概念。如在知識(shí)梳理中引入“簡(jiǎn)單機(jī)械三步驟”，旨在解決“杠桿”“滑輪”“斜面”三個(gè)模型的應(yīng)用分析，以此幫助學(xué)生形成對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械的分析和應(yīng)用（如表1）。

表1 “簡(jiǎn)單機(jī)械三要素”大概念所組單元層級(jí)表

二、單元整體復(fù)習(xí)教學(xué)目標(biāo)

本文根據(jù)課標(biāo)，確定本課主題的核心知識(shí)是“杠桿”“滑輪”“斜面”。在具體研究方向上，主要落實(shí)在本單元的科學(xué)思維教學(xué)中，并體現(xiàn)在模型建構(gòu)、推理論證兩個(gè)方面。據(jù)此，本文依據(jù)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，將本單元復(fù)習(xí)課歸屬于“能的轉(zhuǎn)化與能量守恒”下的“4.1能的形式、轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化”，遵從《考試細(xì)則》相關(guān)內(nèi)容，圍繞科學(xué)觀念、科學(xué)思維等設(shè)定如下的教學(xué)目標(biāo)：

1.科學(xué)觀念：通過前測(cè)建構(gòu)簡(jiǎn)單機(jī)械中最常見的滑輪組和杠桿、斜面的特點(diǎn)分析，讓學(xué)生在各種圖片和案例中知道滑輪組和杠桿在生活中的作用。

2.科學(xué)思維：通過分析和作圖，能迅速判斷出杠桿的五要素，讓學(xué)生懂得如何構(gòu)建杠桿模型圖，遇到真實(shí)情境能運(yùn)用杠桿模型解決常見問題。

3.探究實(shí)踐：教師通過模擬、分析識(shí)別生活中杠桿類型并加以解釋；通過分析、計(jì)算利用杠桿平衡條件解決實(shí)際情境問題，讓學(xué)生掌握基本的科學(xué)方法，使其具有初步的實(shí)踐探究能力。

4.態(tài)度責(zé)任：通過對(duì)桿秤和投石機(jī)的制作，讓學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)之間的關(guān)系，使其體會(huì)由生活走向科學(xué)、由科學(xué)走向社會(huì)的生活態(tài)度。

三、單元整體復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)基本框架

本復(fù)習(xí)課利用前測(cè)，診斷學(xué)情，促進(jìn)學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行梳理，同時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)誤區(qū)和薄弱區(qū)?；谒脭?shù)據(jù)（如哪些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生容易混淆，哪些重難點(diǎn)學(xué)生還未掌握），本案例在單元任務(wù)中優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生完善知識(shí)體系，升級(jí)學(xué)科觀念，同時(shí)打造高效課堂，實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生近期目標(biāo)和遠(yuǎn)期發(fā)展的雙贏，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“已經(jīng)到達(dá)”走向“應(yīng)該到達(dá)”的學(xué)業(yè)水平。本節(jié)課的具體設(shè)計(jì)思路為：確定主題→確定目標(biāo)→前測(cè)診斷→問題驅(qū)動(dòng)→及時(shí)評(píng)價(jià)。

四、實(shí)施過程

（一）梳理知識(shí)架構(gòu)

簡(jiǎn)單機(jī)械復(fù)習(xí)課的核心知識(shí)是“能量”，具體內(nèi)容包括杠桿、滑輪組、斜面三個(gè)板塊。學(xué)生需要理解的核心概念是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與相互作用、能的轉(zhuǎn)化與能的守恒。在具體應(yīng)用中要求學(xué)生能分析、解釋模型所涉及的要素與結(jié)構(gòu)，針對(duì)真實(shí)情境中的簡(jiǎn)單問題能運(yùn)用簡(jiǎn)單模型解釋常見現(xiàn)象，解決常見問題；能靈活運(yùn)用二維方式展示三維空間的物體，呈現(xiàn)事物動(dòng)態(tài)變化的圖景；掌握分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、歸納與演繹、聯(lián)想與想象等基本思維方式，并能應(yīng)用科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實(shí)踐，解決實(shí)際問題。因此，在著手復(fù)習(xí)前，需要重新梳理“簡(jiǎn)單機(jī)械”的基礎(chǔ)知識(shí)，梳理知識(shí)之間的聯(lián)系，厘清知識(shí)之間的遞進(jìn)和包含的關(guān)系，為后續(xù)的運(yùn)用奠定初步的基礎(chǔ)。同時(shí)，為提高復(fù)習(xí)的有效性，教師可以進(jìn)行前測(cè)診斷，以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的概念迷思和知識(shí)漏洞。

學(xué)生通過知識(shí)梳理發(fā)現(xiàn)，主要知識(shí)點(diǎn)包括杠桿的支點(diǎn)選擇、力的方向的判斷；斜面的拉力與摩擦力的關(guān)系；摩擦力的計(jì)算；滑輪組的距離關(guān)系和力的關(guān)系的判斷，機(jī)械效率公式的推導(dǎo)。因此在搭建復(fù)習(xí)結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生需要從以上內(nèi)容著手。

（二）尋找實(shí)施路徑

核心知識(shí)的疏漏體現(xiàn)出學(xué)生的科學(xué)思維較弱，面對(duì)物理模型時(shí)分析能力不足，以及對(duì)科學(xué)知識(shí)的遷移能力比較欠缺。因此，教師可以創(chuàng)設(shè)生活情境，強(qiáng)化建構(gòu)模型的過程，提高學(xué)生的分析運(yùn)用能力。

【教學(xué)片段1】

問題驅(qū)動(dòng)：如何將建造大蓮花的4萬(wàn)噸鋼材搬到近60米的高空進(jìn)行搭建？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)幫助搬運(yùn)的工具。

學(xué)生可以設(shè)計(jì)斜面，也可以設(shè)計(jì)滑輪組，還可以設(shè)計(jì)杠桿。斜面組在設(shè)計(jì)中可以要求學(xué)生計(jì)算斜面長(zhǎng)度多少比較合適？滑輪組可以設(shè)計(jì)多少個(gè)滑輪比較合適？分幾次？還要考慮纜繩的承重程度。杠桿組要求如何設(shè)置支點(diǎn)，動(dòng)力的方向和動(dòng)力的大小需參考資料，結(jié)合思考。

三組可以從實(shí)用性、有效性、便捷性等方面來(lái)綜合評(píng)價(jià)，從而作出選擇。

解法應(yīng)用：在實(shí)用性方面，教師可讓學(xué)生確定斜面的長(zhǎng)度，并根據(jù)鋼材的重量和摩擦系數(shù)計(jì)算所需的斜面長(zhǎng)度。在有效性方面，讓學(xué)生通過設(shè)計(jì)一個(gè)多級(jí)滑輪組，由多組滑輪和纜繩將鋼材從地面拉到高空，實(shí)現(xiàn)連續(xù)搬運(yùn)。教師可以根據(jù)鋼材的重量和纜繩的承重程度，來(lái)確定滑輪組的級(jí)數(shù)和每級(jí)滑輪的直徑，然后帶領(lǐng)學(xué)生計(jì)算每級(jí)滑輪的纜繩長(zhǎng)度和方向，以確保鋼材能夠被平穩(wěn)地拉到高處。在便捷性方面，教師考慮到杠桿可以在任意高度設(shè)置支點(diǎn)，靈活性較高，可以作為生成性教學(xué)資源加以引導(dǎo)。

（設(shè)計(jì)意圖：從目的出發(fā)，讓學(xué)生思考如何利用所學(xué)知識(shí)解決問題。但是在設(shè)計(jì)的過程中通過一些細(xì)節(jié)思考，幫助學(xué)生意識(shí)到實(shí)際生活中遇到的情況比理論更復(fù)雜。設(shè)計(jì)思路的評(píng)價(jià)不是簡(jiǎn)單的優(yōu)與差，而是從哪些方面去比較，很多時(shí)候要根據(jù)實(shí)際情況選擇最優(yōu)方案。）

【教學(xué)片段2】

關(guān)于設(shè)計(jì)裝置能否移動(dòng)方面，為提高裝置的利用率，教師可以引導(dǎo)學(xué)生加裝輪子，聯(lián)系生活中的吊車或塔吊，制作這兩個(gè)工程車的簡(jiǎn)單機(jī)械模型，并分析這兩個(gè)生活中的模型。特別是塔吊模型，涉及組合機(jī)械，可以分別討論。學(xué)生可以結(jié)合一定的數(shù)據(jù)，進(jìn)行適量的計(jì)算訓(xùn)練，加強(qiáng)模型的分析和運(yùn)用。

解法應(yīng)用：在實(shí)際問題的解決方面，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析塔吊的各個(gè)部分，如起重臂、平衡臂、塔身等，并討論這些部分如何協(xié)同工作，并提供一定的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生進(jìn)行適量的計(jì)算訓(xùn)練，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)模型的分析和運(yùn)用能力。而在科學(xué)觀念內(nèi)化方面，教師可以借助該問題引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系吊車或塔吊等工程車，并要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中考慮到裝置的移動(dòng)性、穩(wěn)定性和安全性等因素，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的高階思維。

（設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)觀念作為一種素養(yǎng)，既包括一些具體觀念、本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，又包括科學(xué)觀念在解釋自然現(xiàn)象、解決實(shí)際問題中的應(yīng)用。事實(shí)上，學(xué)生將新形成的科學(xué)觀念用于解決實(shí)際問題，也促進(jìn)了科學(xué)觀念的內(nèi)化。在這樣的實(shí)際問題分析與解釋中，學(xué)生將自己形成的科學(xué)觀念合理地遷移到新的問題情境中，同時(shí)進(jìn)行批判性思考，促成高階思維的養(yǎng)成和科學(xué)觀念的內(nèi)化。）

【教學(xué)片段3】

以上兩個(gè)工程車在使用過程中發(fā)現(xiàn)吊車比塔吊的提升力小，結(jié)合塔吊思考：能否在吊車上升級(jí)迭代加大它的提升力？考慮攜帶配重的起重車。

圖1

解法應(yīng)用：首先，教師需要帶領(lǐng)學(xué)生理解問題的本質(zhì)，即吊車的提升力不足，需要加大提升力。考慮到塔吊和吊車的結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)生可以通過小組討論的方式思考出“在吊車上增加配重來(lái)提高其提升力”的辦法。其次，為了驗(yàn)證增加配重可以提高吊車的提升力，教師則可以基于層次教學(xué)法進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，按照不同學(xué)生的理解能力展開復(fù)習(xí)工作。比如，針對(duì)基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生組，教師可以選擇一定重量的配重，將其連接到吊車上，并記錄吊車在不同配重情況下的提升力。對(duì)于基礎(chǔ)較好，但發(fā)散性不強(qiáng)的學(xué)生，在完成如上操作后，教師可以帶領(lǐng)他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)，通過實(shí)踐操作的方式記錄不同配重下吊車的提升力。學(xué)生分析數(shù)據(jù)，找出配重與提升力之間的關(guān)系，從而將理論與實(shí)踐相結(jié)合。對(duì)于各個(gè)知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)完全掌握的學(xué)生組，教師可以對(duì)其展開進(jìn)一步的知識(shí)點(diǎn)拓展，并提出“如果增加配重確實(shí)提高了吊車的提升力，那么我們可以解釋這是因?yàn)槭裁丛蛟黾恿酥亓啬兀俊庇纱藛l(fā)該組學(xué)生探討如何讓吊車更加穩(wěn)定，并嘗試改進(jìn)吊車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或使用更強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)。

（設(shè)計(jì)意圖：教師通過講解，讓學(xué)生具備解決實(shí)際疑難問題的能力，進(jìn)而提升學(xué)生的思維創(chuàng)造性，讓其明白生活是科學(xué)課堂探究的源泉，解決生活中的問題，是實(shí)驗(yàn)探究的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。而學(xué)生積極展開多元開放的探究，可以讓科學(xué)不再只是存在于實(shí)驗(yàn)室、課堂和教科書中深?yuàn)W、抽象的學(xué)科，而是與生活實(shí)際密切相關(guān)的知識(shí)與方法。）

五、后測(cè)

作業(yè)：（試題來(lái)自2023年舟山中考科學(xué)真題第28題）

28.投石器是古代的攻城利器，科學(xué)小組同學(xué)想進(jìn)一步了解投石器，開展了以下項(xiàng)目化學(xué)習(xí)研究。

【項(xiàng)目制作】經(jīng)討論后，利用配重、小石塊、木桿、細(xì)繩、網(wǎng)兜等器材，制成投石器，如圖2所示。

圖2

【項(xiàng)目研究】

①松開系繩，配重下降，裝有石塊的一端快速上升，木桿停止后，石塊被投出，記錄石塊投射的距離。

②調(diào)整系繩的長(zhǎng)度，改變投射角度θ，記錄投射距離，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2

（1）小組同學(xué)探究的問題是"" 。

（2）根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是"""" 。

【項(xiàng)目迭代】為使投石器能將石塊投得更遠(yuǎn)，請(qǐng)你寫出一種方法"" 。

六、分析和反思

本案例的實(shí)施過程有驚喜也有遺憾。在教學(xué)過程中，學(xué)生需善于觀察生活中的現(xiàn)象，有一定的計(jì)算基礎(chǔ)，能對(duì)生活中的單一模型進(jìn)行建構(gòu)和分析。但是，學(xué)生在運(yùn)用知識(shí)解決問題的過程中暴露出很多問題，這些問題需要在課堂上一一解決，導(dǎo)致課堂預(yù)設(shè)的進(jìn)度變慢。希望本研究可以為相關(guān)教師帶來(lái)一定參考，共同推動(dòng)我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展。

（作者單位：浙江師范大學(xué)附屬杭州筧橋?qū)嶒?yàn)中學(xué)）

編輯：陳鮮艷