“愤怒”的棉花糖

李佩宁

人类的战争史也是一部认识科学规律、利用科学规律的历史，科学对于战争形态的变化起到了颠覆性的作用。如投石车的出现改变了攻城戰争的形态，巨大的石块被利用杠杆原理抛出，这就是古代的“炮（砲）”。投石车在冷兵器时代，堪称超远程打击。通过探寻历史来学习科学，能够促进文理学科的融合。

一、课程重点

本课程旨在让学生通过学习历史事件、物理概念、测量方法等，根据探究过程和记录的实验数据，分析、归纳投石车的规律和抛物线的轨迹，利用规律模拟历史上的战争情形。

【涉及领域】物理、数学

【建议年级】小学中年级

【建议时间】110分钟

二、课程任务

学生首先学习人类使用投石车的历史以及古代投石车的种类，尝试总结投石车的物理特征。之后，将亲自制作一个投石车，并根据工作单并要求测试，尝试控制投掷的距离和投掷的角度。最后，根据教师给定的情景完成投石车的发射。成功的小组上台展示出说明。需要额外说明的是，任务中的材料用量是有限制的。

三、课程步骤

1.导入（20分钟）

教师引入人类使用投石车的历史以及古代投石车的分类和原理，让学生对投石车有基本的认识。比如，投石车的出现对于古代战争形态的变化有巨大的促进作用；按照投石车的力量来源可分为人力投石车、重力投石车、扭力投石车、弹力投石车……之后，让学生尝试总结投石车的物理特征。

2.观察任务（20分钟）

学生通过教师给出的各种投石车的图片，总结投石车能够成功发射要具备哪些要点。观察后填写工作单1（见图1），之后各小组汇报成果。

在学生观察过程中，教师要重点讲解以下内容。

（1）什么是费力杠杆？什么是省力杠杆？

（2）费力杠杆有哪些优势？（节省移动距离，单位时间移动的距离更远，速度更快。）

（3）出示图片，让学生寻找生活中哪些事物或应用是费力杠杆（如剪刀、筷子、手臂、扇子、镊子、汤勺、起重机、鱼竿、船桨等），体会费力杠杆的作用。

（4）投石车为什么不能用省力杠杆？（单位时间内转过相同的角度，半径越大，则切线速度越大。因此，投石车是费力杠杆的第一个原因在于增大石块投出时的速度。此外，正是因为费力杠杆费力但是节省距离，才能放大动作的速度。反过来想，如果阻力臂要达到相同速度，省力杠杆的动力臂需要更大的速度，而费力杠杆的动力臂则需要很小的速度。）

3.挑战任务（50分钟）

各小组根据在上一个任务中发现并汇总的要点，在工作单1中设计图纸并制作能投掷棉花糖的“投石车”，要求该投石车可以人为控制调节射程。图纸和实物要体现工作单1中的要点。学生自选以下材料完成“投石车”的制作任务。

【材料】棉花糖，20根皮筋，10双一次性筷子，铝箔，热熔胶枪，细棉线

教师宣布该环节的测试任务和攻城任务，并呈现评价量规（见表1）。

【测试任务】各组完成制作任务后要进行测试，记录达到不同的射程和高度需要如何配置投石车，制作投石车发射手册。

【攻城任务】能够从不同位置、不同距离与高度“对城池进行炮击”。填写工作单2（见图2）。

4.总结和反思（20分钟）

全部小组完成后，教师组织讨论以下问题。

（1）你们组在意见上是否有分歧？有哪些分歧？最终彼此是如何达成一致的？

（2）你们小组是怎么解决射程可调这个问题的？

（3）怎样使你们的设计更加优化，以降低成本和快速组装？

【拓展任务】在实战中，如果城墙破坏严重，即便攻下城池，也需要进行长时间的城墙修补，而如果这时敌人反攻回来，则不利于防守。那么在不破坏城墙的前提下，你能想办法让投石车打到躲在墙后面的敌人和武器吗？

（责任编辑 张慧籽）