玻璃球轨道

李佩宁

力和运动是物理学中最常见的核心内容，相关的知识点众多且集中。在STEM课程中引导学生学习这些知识，并进行相关实践，有助于学生掌握速度与时间的规律。

一、课程重点

本课程旨在让学生了解滚动摩擦的情形下物体运动的基本规律。在课程教学中，教师要注意创设让学生可以主动参与以及竞争的情境。

【涉及领域】工程、物理学、数学、写作

【建议年级】小学低年级

【建议时间】140分钟

二、课程任务

发现球体的运动规律（主要是加速与减速运动），了解摩擦力，对速度的方向和分解形成感性认识，培养实际发现问题、解决问题的能力。

三、课程步骤

1.导入（15分钟）

第一步，简述轨道和加速度的概念。轨道是固定的运动区域，是为了限制某些物体按照既定路线运动而设计出来的平台或管道。加速度就是速度越来越快的运动。一直保持某个方向的受力不平衡，能产生加速运动。接着，举例什么是轨道。

第二步，简述什么是摩擦力，并让学生体验摩擦力。摩擦力是来源于运动接触平面通过摩擦产生的相反于运动方向的力。引导学生体验摩擦力：用手使劲贴在某个平面上，比如桌面，并向前划，然后攥起拳头在桌面上滚动，以体验两种不同的摩擦力。

2.宣布任务一及评价量规（10分钟）

【宣布任务】在竖直平面上制作一个倾斜轨道，让小球能在上面滚动而不会出现偏离轨道的情况。宣布任务后，呈现评价量规（见表1）。之后，让小组各自进行沟通准备。

【材料】笔、纸张、硬纸板、透明胶、塑料平板（或室内墙壁）、玻璃球、剪刀

3.任务一的执行（20分钟）

正式执行倾斜轨道制作任务。要求学生依照评价量规，并考虑以下问题。

（1）軌道倾角多少度合适？

（2）轨道应该如何固定在竖直平面上？具体如何操作？需要注意什么细节？

（3）分工如何？（需要以下角色：规划者、固定竖直平面者、固定轨道者、胶带加固者、实验者、记录者）

4.总结和反思（25分钟）

全部小组完成后，讨论以下问题。

（1）小组怎样分工？

（2）小组制作轨道时出现了什么问题？为什么出现这样的问题？

（3）假如需要增加一条轨道，让小球的整体速度减缓，你们要怎样做？

（4）【拓展问题】小组讨论画出思考和执行任务的流程图。

5.宣布任务二及评价量规（10分钟）

【宣布任务】用现有的材料制作新轨道，使得小球在轨道上保持运动，要求运动时间超过20秒，时间越长越好。各组通过讨论，改进原来的分工和设计，制作新的轨道。宣布任务后，呈现评价量规（见表2）。

需要注意的是，关于时长一项的评分，要根据教师实际给予学生的材料以及竖直平面的面积而定，评价标准并非一成不变，教师可以亲自经历实验后再给出合理评价标准。

6.任务二的执行（40分钟）

正式执行新轨道制作任务。要求学生依照评价量规，并考虑以下问题。

（1）小组怎样分工？

（2）小球在下落轨道中产生的加速度的抵消是否经过了实验检验？

（3）是否考虑到了材料的节约？

（4）用什么方法保证轨道对小球的限制？

（5）在有限的空间中如何安排轨道的上下分布？

（6）【拓展问题】小组讨论画出思考和执行任务的流程图。

7.全班讨论（20分钟）

所有小组完成后，挑选第一名的小组进行汇报总结。若时间允许的话，让尽可能多的组员发言。发言内容基于以下问题。

（1）小组怎样分工？

（2）实验在工程进展中的重要性如何？

（3）上下轨道是否有连接？如何让小球持续运动同时保持较小的速度？

（4）小球是否有自由下落的过程？是否需要计算这部分产生的速度增量？是否在这个环节进行了实验？

（5）在有限的空间中如何安排轨道的上下分布？具体如何操作？

（6）有什么意外的问题出现？

如果时间充裕，请各组的观察者代表小组做观察报告。

（责任编辑 张慧籽）