作者簡介：胡萍（1980—），女，漢族，浙江長興人，本科，一級教師，研究方向：初中科學(xué)。

一、案例背景

“簡單機械”是初中科學(xué)中重要的知識模塊，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載體。近年來，全省各市中考卷試題中“簡單機械”的相關(guān)知識在解答題中頻頻出現(xiàn)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)中考卷在考查簡單機械的相關(guān)知識時是通過生活工具在真實情境中的使用情況，讓學(xué)生建立模型、借助模型分析推理解決實際問題，但是從實際問題抽象成科學(xué)模型對學(xué)生來說往往比較困難。學(xué)生的思維在很大程度上屬于經(jīng)驗型思維，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）充分認識學(xué)生，在平時的新課教學(xué)中幫助學(xué)生積累感性認識，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“簡單機械”的三個基本模型進行統(tǒng)一整合，形成了學(xué)科單元大概念。如在知識梳理中引入“簡單機械三步驟”，旨在解決“杠桿”“滑輪”“斜面”三個模型的應(yīng)用分析，以此幫助學(xué)生形成對簡單機械的分析和應(yīng)用（如表1）。

表1 “簡單機械三要素”大概念所組單元層級表

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是“杠桿”“滑輪”“斜面”。在具體研究方向上，主要落實在本單元的科學(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：通過前測建構(gòu)簡單機械中最常見的滑輪組和杠桿、斜面的特點分析，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，遇到真實情境能運用杠桿模型解決常見問題。

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

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

三、單元整體復(fù)習(xí)設(shè)計基本框架

本復(fù)習(xí)課利用前測，診斷學(xué)情，促進學(xué)生對簡單機械的基礎(chǔ)知識進行梳理，同時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識誤區(qū)和薄弱區(qū)?；谒脭?shù)據(jù)（如哪些知識點學(xué)生容易混淆，哪些重難點學(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)生完善知識體系，升級學(xué)科觀念，同時打造高效課堂，實現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng)，實現(xiàn)學(xué)生近期目標(biāo)和遠期發(fā)展的雙贏，實現(xiàn)學(xué)生從“已經(jīng)到達”走向“應(yīng)該到達”的學(xué)業(yè)水平。本節(jié)課的具體設(shè)計思路為：確定主題→確定目標(biāo)→前測診斷→問題驅(qū)動→及時評價。

四、實施過程

（一）梳理知識架構(gòu)

簡單機械復(fù)習(xí)課的核心知識是“能量”，具體內(nèi)容包括杠桿、滑輪組、斜面三個板塊。學(xué)生需要理解的核心概念是物質(zhì)的運動與相互作用、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)，針對真實情境中的簡單問題能運用簡單模型解釋常見現(xiàn)象，解決常見問題；能靈活運用二維方式展示三維空間的物體，呈現(xiàn)事物動態(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)與工程實踐，解決實際問題。因此，在著手復(fù)習(xí)前，需要重新梳理“簡單機械”的基礎(chǔ)知識，梳理知識之間的聯(lián)系，厘清知識之間的遞進和包含的關(guān)系，為后續(xù)的運用奠定初步的基礎(chǔ)。同時，為提高復(fù)習(xí)的有效性，教師可以進行前測診斷，以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的概念迷思和知識漏洞。

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

（二）尋找實施路徑

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

【教學(xué)片段1】

問題驅(qū)動：如何將建造大蓮花的4萬噸鋼材搬到近60米的高空進行搭建？請設(shè)計幫助搬運的工具。

學(xué)生可以設(shè)計斜面，也可以設(shè)計滑輪組，還可以設(shè)計杠桿。斜面組在設(shè)計中可以要求學(xué)生計算斜面長度多少比較合適？滑輪組可以設(shè)計多少個滑輪比較合適？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，動力的方向和動力的大小需參考資料，結(jié)合思考。

三組可以從實用性、有效性、便捷性等方面來綜合評價，從而作出選擇。

解法應(yīng)用：在實用性方面，教師可讓學(xué)生確定斜面的長度，并根據(jù)鋼材的重量和摩擦系數(shù)計算所需的斜面長度。在有效性方面，讓學(xué)生通過設(shè)計一個多級滑輪組，由多組滑輪和纜繩將鋼材從地面拉到高空，實現(xiàn)連續(xù)搬運。教師可以根據(jù)鋼材的重量和纜繩的承重程度，來確定滑輪組的級數(shù)和每級滑輪的直徑，然后帶領(lǐng)學(xué)生計算每級滑輪的纜繩長度和方向，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，靈活性較高，可以作為生成性教學(xué)資源加以引導(dǎo)。

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

【教學(xué)片段2】

關(guān)于設(shè)計裝置能否移動方面，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，制作這兩個工程車的簡單機械模型，并分析這兩個生活中的模型。特別是塔吊模型，涉及組合機械，可以分別討論。學(xué)生可以結(jié)合一定的數(shù)據(jù)，進行適量的計算訓(xùn)練，加強模型的分析和運用。

解法應(yīng)用：在實際問題的解決方面，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)生進行適量的計算訓(xùn)練，以加強學(xué)生對模型的分析和運用能力。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)計過程中考慮到裝置的移動性、穩(wěn)定性和安全性等因素，進一步鍛煉學(xué)生的高階思維。

（設(shè)計意圖：科學(xué)觀念作為一種素養(yǎng)，既包括一些具體觀念、本質(zhì)的認識，又包括科學(xué)觀念在解釋自然現(xiàn)象、解決實際問題中的應(yīng)用。事實上，學(xué)生將新形成的科學(xué)觀念用于解決實際問題，也促進了科學(xué)觀念的內(nèi)化。在這樣的實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，同時進行批判性思考，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?？紤]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提高其提升力”的辦法。其次，為了驗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)法進行分組實驗設(shè)計，按照不同學(xué)生的理解能力展開復(fù)習(xí)工作。比如，針對基礎(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。對于基礎(chǔ)較好，但發(fā)散性不強的學(xué)生，在完成如上操作后，教師可以帶領(lǐng)他們進行實驗并收集數(shù)據(jù)，通過實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，從而將理論與實踐相結(jié)合。對于各個知識點已經(jīng)完全掌握的學(xué)生組，教師可以對其展開進一步的知識點拓展，并提出“如果增加配重確實提高了吊車的提升力，那么我們可以解釋這是因為什么原因增加了重力矩呢？”由此啟發(fā)該組學(xué)生探討如何讓吊車更加穩(wěn)定，并嘗試改進吊車的結(jié)構(gòu)設(shè)計或使用更強大的動力系統(tǒng)。

（設(shè)計意圖：教師通過講解，讓學(xué)生具備解決實際疑難問題的能力，進而提升學(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，是實驗探究的出發(fā)點和歸宿。而學(xué)生積極展開多元開放的探究，可以讓科學(xué)不再只是存在于實驗室、課堂和教科書中深奧、抽象的學(xué)科，而是與生活實際密切相關(guān)的知識與方法。）

五、后測

作業(yè)：（試題來自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)想進一步了解投石器，開展了以下項目化學(xué)習(xí)研究。

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

圖2

【項目研究】

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)整系繩的長度，改變投射角度θ，記錄投射距離，重復(fù)實驗，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"""" 。

【項目迭代】為使投石器能將石塊投得更遠，請你寫出一種方法"" 。

六、分析和反思

本案例的實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，有一定的計算基礎(chǔ)，能對生活中的單一模型進行建構(gòu)和分析。但是，學(xué)生在運用知識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)的進度變慢。希望本研究可以為相關(guān)教師帶來一定參考，共同推動我國教育事業(yè)的發(fā)展。

（作者單位：浙江師范大學(xué)附屬杭州筧橋?qū)嶒炛袑W(xué)）

編輯：陳鮮艷