撞上之前停下来

李佩宁

加速和减速是牛顿力学体系中非常重要的运动形式，两者相反，但是道理相同。加速运动多与人类活动进取方面的目的相关，而减速运动则更多地考虑到日常安全。大到一颗人造卫星，小到一颗粒子，都可能需要利用减速运动达到特定的目的。在日常生活中，减速运动被应用最多的地方就是交通出行。汽车、火车如果刹车制动失灵将造成难以估量的损失，结果可能是毁灭性的。为此，人类利用摩擦力发明了汽车制动系统，其作用是行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使汽车在各种道路条件下（包括在坡道上）稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定，不致失控。

一、课程重点

为了更好地了解减速运动，需要利用实验。实验是指对已经认定的科学定理和试验结果进行验证性的试验，一些实验的结果往往是已经知道的或者是确定的，进行实验的目的是为了验证结果或找出与结果不同的实验条件。在研究减速运动的实验中，摩擦力的作用就是确定的，但是究竟在什么样的情况下会出现摩擦力怎样的变化，则需要学生自己动手通过实验去探究。

因此，本课重点是让低年级学生通过减速实验，了解科学家进行科学实验的方法，培养学生对良好运用工具、记录数据、最终得出科学结论的完整过程的认识。

【涉及领域】工程、物理学、生物学、艺术

【建议年级】小学低年级

【建议时间】155分钟

二、课程任务

引导学生了解减速运动的概念，学习科学家进行实验和试验时的基本方法，引起学生探究现象、学习科学的兴趣，初步尝试用文字记录实验数据和实验现象并做出分析。以摩擦力和减速运动为例，一步步引导学生思考已知条件和所需求未知结果，确定彼此之间的联系，同时，营造可以在动手中深入感受和理解的课堂氛围。

三、课程步骤

1.导入（15分钟）

简述科学实验的概念，询问学生对实验的认识。以比萨斜塔实验的故事为引。

什么是科学实验？是人们为实现预定目的，在人工控制条件下，通过干预和控制科研对象而观察和探索科研对象有关规律和机制的一种研究方法。教师应在此处举出一些概念性的科学实验的例子，如用小白鼠做医学实验，用激光器和棱镜做光学实验等。历史上比较著名的，还有传说中伽利略的比萨斜塔实验。询问学生以下问题：

（1）科学实验是为了知道什么？

（2）为了达成目的，大家认为或者猜想一下需要做什么？

（3）科学实验需要经过哪些过程？（如预测、设计、准备、执行、观察、记录、分析和书写报告等，重点讨论预测、观察、记录和书写报告的意义与重要性。）

（4）怎样才能准确记录或者更好地记录？（如多次测量取平均值等）

2.宣布任务一和评价量规，小组准备（20分钟）

【宣布任务】给定一个距离，要求小车从一块木板上滑下来，在不同的平面上继续滑行，同时避免撞到这个距离上的障碍（此距离指木板的下端与地面接触点到障碍物间的距离），发现各在什么情况下会撞到，什么情况下不会撞到。让学生设计实验、完成实验、列出结果。宣布任务化提供材料，并展示评价量规（见表1）。

【材料】尺子、玻璃纸、砂纸、毛巾、木板、玩具小车、胶带、剪刀、秒表。

在任务开始之前，要让学生思考以下问题。

（1）对于小车在不同材质地面上的滑行，实验前你的预测是什么？

（2）除了地面材质以外，还有哪些因素会影响实验结果？

给少量时间让小组各自进行沟通准备。每个人都要写下自己的想法和实驗计划，然后小组讨论执行什么样的实验计划。

3.任务的执行（20分钟）

正式执行制作任务。要求学生注意比较预测与实验结果相比有什么不同，按照要求填写任务单（见附录1）。依照评价量规，考虑以下内容。

（1）你的预测是什么？你们小组的预测是什么？怎样能用一句话或者很少的文字概括？

（2）你的设计是什么？你们小组的设计是什么？按顺序分别列出步骤的话，分为哪几步？

（3）实验应该做哪些准备？

（4）实验执行的时候应该注意什么？

（5）怎样使观察更方便、准确？观察和记录的具体操作是怎样的？

（6）观察到的结果应该如何列入表格和图表，是否需要在实验前就设计这样的表格和图表框架？你们的框架包括了哪些内容？为何如此设计？小组的分工如何？

4.任务一的总结和反思（30分钟）

全部小组完成后，组织大家讨论以下问题。

（1）你们组怎么分工的？

（2）你总结出科学实验的模式了吗？如果有，是怎样的模式？

（3）根据实验结果，你发现使小车产生不同运动的原因有哪几类？它们之间有关系吗？

（4）科学家是用哪种方式描述他们的研究和结果的？

【拓展】请思考，科学家们针对实验进行的写作和作家进行的写作，是否有区别？为什么科学家要选择这种方法进行写作？

5.宣布任务二和评价量规（20分钟）

【宣布任务】由教师设定一个固定斜度的木板以及木块起始的位置，再在木块滑下的路径上某个位置放一个小木块（即设置终点），让学生设计由不同材料拼接的路面（至少两种材料）放置在木板下方木块下滑的路径上，看谁在规定的时间内（十分钟）能够拼出最好的路面，让最后小车滑下来距离终点处的木块最近而不发生碰撞（测量三次取最佳值，允许两次失败，即允许两次撞到小木块）。提供材料，并展示评价量规（见表2），并给各小组时间准备。

【材料】尺子、玻璃纸、砂纸、毛巾、木板、玩具小车、胶带、剪刀、秒表。

6.任务二的执行（20分钟）

正式执行制作任务。要求学员依照评价量规，考虑以下内容：

（1）你们小组要用到几种材料？

（2）哪种材料能让小车速度最快降下来？哪种是让小车降速最不明显的？

（3）你认为实验应该做哪些准备？

（4）你认为对材料是否要进行裁剪？这些裁剪是否要有规律？如果有，是什么规律？

（5）以两种不同的材料作为路面，将两种材料互换位置后，小车停下来的位置还一样吗？你是怎样预测的？测试的结果又如何？

（6）观察到的结果该如何列入表格和图表，是否在实验前就设计了这样的表格和图表的框架？你们的框架包括了哪些内容？为何如此设计？

7.任务二的总结和反思（30分钟）

全部小组完成后，组织学生讨论以下问题：

（1）你们组怎么分工的？

（2）为了达到最佳效果，使用的材料种类越多越好吗？为什么？

（3）你们觉得应当将更加粗糙的材料放在所制作路面靠后的阶段还是靠前的阶段？为什么？

（4）优胜的小组哪些方面做得比其他组更好？或者哪些方面让你印象深刻或受到启发？

【拓展挑战】让学生利用图表等，预测教师在某个其他给定高度上释放小车时，在各自小组制作的拼接路面上小车能够滑行的距离。并让学生讨论，如何利用图表，哪些特殊的数据是关键性的数据，并说出为什么。