指向学生科学思维发展的进阶设计

顾建锋

【摘 要】“让小车运动起来”一课的教学，旨在让学生通过“让小车动起来”“让小车快起来”“让小车准起来”三个探究实践活动，建构“拉力越大，小车运动得越快；拉力越小，小车运动得越慢”这一科学概念，同时在这个过程中培养学生的科学思维。教师在教学时可围绕“动起来、快起来、准起来”三个进阶活动进行设计，让学生聚焦数据分析进行思辨，发展学生的科学思维。

【关键词】小学科学 科学思维 进阶设计

一、教学分析

“讓小车运动起来”是教科版科学四年级上册第三单元“运动和力”的第1课，本节课从问题“它们（各种类型的车）都是怎样运动起来的”开始，引导学生去调查发现不同车辆的动力来源，然后，设计了“用垫圈的重力作动力”去研究运动和力的关系的活动。本节课旨在引导学生逐步建构“力可以改变物体运动的速度，也可以让物体启动或停止”这一概念。

学生已经见过各种各样运动的车辆，也对这些车运动起来的原因有了一定的了解。但是，他们并没有从科学实验的角度去研究小车运动和力的关系。利用垫圈的重力作为拉动小车的力，这种方法比较容易控制拉力的大小。因此，教材安排了“让车运动起来”的探究实验，旨在通过小车研究运动和力的关系，这是本节课的教学重点。

基于以上分析，笔者设定以下教学目标。

（一）科学观念

（1）力可以使静止的物体运动起来。

（2）拉力越大，小车运动得越快；拉力越小，小车运动得越慢。

（二）科学思维

在研究过程中让学生逐步了解数据与逻辑之间的关系，并尝试着去推理。

（三）探究实践

会安装重力小车去拉动小车，会研究拉力大小与小车运动速度的关系。

（四）态度责任

培养学生进一步研究运动和力的兴趣，使其意识到要用实验数据证明自己的推测。

二、教学过程

（一）聚焦问题

师：今天老师给大家播放一段视频，请同学们仔细观看（视频内容为从古至今各种各样的车的运动）。

（学生看视频）

师：这些不同的车是靠什么运动起来的？

生1：手推车靠人力，马车靠马的拉力，自行车靠人力。

生2：火车是靠蒸汽机带动的。

生3：汽车靠燃油燃烧产生的力。

生4：高铁靠的是电力。

师：那谁能用一个词来概括一下是什么让这些车运动起来的呢？

生5：这些车都是靠力运动起来的。（教师板书：力）

师：（出示小车）老师也带来了一辆小车，今天我们要想办法让小车运动起来。（出示课题：让小车运动起来）

【点评】教师利用微视频聚焦问题，让学生说一说各种各样的车是靠什么运动起来的，并用一个词“力”概括运动和“力”相关，快速聚焦了本单元的主题，同时引出了本次研究的任务。

（二）探索实践

1.活动一：让小车动起来

师：同学们，你有什么方法让小车运动起来吗？

生1：用手推。

生2：可以绑上气球，用气球的反冲力推动小车。

生3：可以用磁铁吸，因为小车是铁做的。

......

师：（出示垫圈、棉线、赛道）你能用垫圈让小车在这个赛道上运动起来吗？

生1：可以把棉线绑在小车上，另一头绑上垫圈，用垫圈的重力去拉动下车。

（教师结合学生回答演示）

师：小车动了吗？为什么没有动？有什么办法？

生2：1个垫圈太轻了，可以多挂几个垫圈。

师：你们想不想试一试？

生（齐）：想。

师：要想知道几个垫圈能让小车刚好动起来，怎么挂？

生3：可以多个多个地挂。

师：你们同意他的观点吗？

生4：不同意。如果挂5个垫圈，小车运动起来了，不一定刚好是5个，可能是4个或者更少。

师：那怎么挂？

生5：一个一个地挂，挂到小车刚好运动起来即可。

师：明白了吗？请各小组尝试一下。

[学生小组合作，完成实验，并汇总数据（如表1）]

【点评】让小车动起来的活动，主要是要让学生知道垫圈的重力可以转化为拉力从而使小车运动起来。在这个过程中，教师围绕垫圈“怎么挂”进行了思辨，让学生知道需要一个一个地挂，这样才能准确地测出刚好使小车运动起来所需要的力。

2.活动二：让小车快起来

师：同学们，你们想不想让小车运动得快一点儿？你有什么办法？

生1：可以增加垫圈的数量。

师：你是怎么想的？

生2：我认为垫圈的数量越多，小车受到的拉力也就越大，拉力越大，小车行驶得越快。

师：你的意思是拉力越大，小车运动的速度就越快，是吗？

（学生点头）

师：有办法来证明吗？

生（齐）：实验。

师：那怎么增加垫圈呢？小组商量一下，把它记录在记录单上。

（小组讨论）

师：哪个小组来交流一下？

生1：我们打算一个一个地加，原来4个垫圈使小车运动起来了，接下来我们准备用5个、6个分别测试一下。

生2：我们打算多个多个地加，原来3个垫圈使小车运动起来了，接下来我们准备用6个、9个分别测试一下。

师：你们支持哪个小组的做法？

生3：我认为一个一个地加效果不够明显。

师：为什么这么想？

生3：因为一个一个地加，可能会因为计时等原因，测得的速度数据不准确。

师：你们同意这名同学的观点吗？

（学生表示同意）

【点评】让小车快起来的活动主要是让学生通过探究建构“拉力越大，小车行驶得越快”这个科学概念。在这个过程中，让学生再次思辨垫圈“怎么加”是非常有意义的。学生需要知道有许多因素会影响实验的准确性，如掐秒表的误差、实验中的误差等，所以垫圈数量差距大一些，实验最终的结果更为科学。

师：是的，我们可以多个多个地加，那怎么比快慢呢？

生4：可以在相同路程的情况下比时间，时间短的更快，时间长的更慢。

师：老师给你们提供了计时工具——秒表。那么，如何确保路程相等呢？

生：我们统一车头对准起点开始，车头碰到终点结束，这样每个小组的路程都是一样长的。

（小组活动，教师巡视）

师：哪个小组来汇报一下你们测试得到的数据？（第3、4、7小组学生展示数据，教师用线连成折线图，图略）

师：你们有什么发现？

生（第3小组）：我们发现垫圈个数越多，小车行驶所用的时间越少。

师：有补充吗？

生（第7小组）：垫圈越多也就说明拉力越大，所以我们可以得出拉力越大，小车行驶的速度也就越快。

师（小结）：是的，各个小组的数据都证明了这一点。

【点评】教师让学生把实验数据呈现出来，并绘制成折线统计图，数据图形化表达，直观形象，学生从图中能非常清晰地看出小車运动速度与拉力大小之间的关系。

3.活动三：让小车准起来

师：同学们表现得非常棒，老师这里有一个挑战性任务，从赛道起点到终点正好都是60cm，你们能不能让小车从起点到终点正好用3秒时间（如图2）呢？

图2 调整实验示意图

（小组交流讨论）

生1（第4小组）：我们打算先用7个垫圈试一试。

师：其他小组有问题要问他们吗？

师：你们是怎么想的？

生1（第4小组）：我们前面一个实验用4个垫圈，时间为4.9秒，用8个垫圈时间为2.7秒；现在要控制在3秒，所以我们选择了7个垫圈。

师：老师发现你们很棒，能基于前一个实验的数据进行推理。那如果测出来时间小于3秒，你们打算怎么办？

生2（第4小组）：如果小于3秒，说明用的拉力过大，需要减少垫圈数量。

师：你们同意他们的做法吗？

（学生都表示同意）

师：那请每一个小组再确认一下自己小组用的垫圈数量，开始挑战吧！

（学生分组挑战后交流汇报）

师：有挑战成功的小组吗？说说你们是怎么做的。

生（第5小组）：（呈现如表2数据）第一次，我们先用6个垫圈，发现用时3.81秒。为了接近3秒，第二次我们尝试用7个垫圈，用时3.11秒，然后继续用7个垫圈，时间基本都在3秒多一点。

师：同学们，这个小组非常棒，能基于上一个实验进行合理的推理，去探索挑战新的任务。

【点评】“让小车准起来”的探究活动具有挑战性，需要学生在前一个实验的基础上，分析数据并做出决策判断，能够培养学生的决策能力。这样的设计有学习进阶的思考，对于培养学生的高阶思维能力非常有帮助。

（三）小结提升

师：同学们，这节课我们利用垫圈的重力转化为拉力让小车运动起来了，我们还有很多方法让小车运动起来，后续的课堂中我们将继续进行研究。

三、总评与思考

首先，三个探究活动体现了学习进阶。教师很好地处理了三个活动之间的关系，用“让小车动起来”“让小车快起来”“让小车准起来”三个具有梯度的探究活动串起本节课，较好地达成了本节课科学概念的建构，层次清晰。“让小车动起来”的目标是让学生知道当垫圈的个数达到一定数量时，小车才会由静止状态变为运动状态。这节课中能让小车运动起来的力是由垫圈的重力转化而来的拉力。这个活动并不难，在教学过程中教师要有意识地为学生开展第二个活动做铺垫。“让小车快起来”是本节课的核心活动，主要让学生观察拉力大小对小车运动速度的影响，拉力越大，小车运动得越快，即加的垫圈越多，小车运动的速度越快。这个活动主要让学生通过小组合作的方式，进行实践探究活动，收集数据、分析数据、发现规律、形成概念。“让小车准起来”是一个提升活动，它是基于学生对原有数据的分析而展开的，这也体现了活动之间的进阶思考。

其次，交流研讨聚焦学生思维发展。本节课教师借助实验数据引导学生开展研讨。特别是关注了“垫圈怎么加”这个问题。在第一个活动中，围绕“怎么加”做研讨，学生知道应该要一个一个地加垫圈才能测出刚好让小车运动起来所需要的力；在第二个活动中，再次围绕“怎么加”展开研讨，学生通过研讨逐步理解应该要多个多个地加，这样能够让实验数据更准确，更能发现规律。第三个活动“让小车准起来”则围绕第二个实验的数据展开，让学生去决策，这对学生高阶思维的培养至关重要。学生只有在分析了前一个实验的基础上去决策，才能快速地找到最接近3秒所需的垫圈数量，才能用较少的时间去完成挑战任务。这培养了学生的决策能力，是对学生思维的一种有效训练。

最后，搭建教学支架聚焦数据的转化。在第二个活动的研讨环节，教师给出了交流展示支架。教师借助一张数据统计图（图略），让学生把实验数据直接表达在统计图中，然后教师用不同颜色的笔连线制成折线图，再让学生进行分析，学生很快就从中发现了规律。同时，也为第三个活动提供了支撑，学生借助图表，能较快地找到答案。如第4小组学生所说：“我们前面一个实验用4个垫圈，时间为4.9秒，用8个垫圈时间为2.7秒；现在要控制在3秒，所以我们选择了7个垫圈。”学生表述有理有据，正是借助了这样的学习支架。

【参考文献】

中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2022.