标新“力”异——纸杯塔平衡力的探究与发现

文/唐蕴娟 江苏省太仓市高新区娄江幼教中心娄江幼儿园

一、纸杯塔平衡游戏由来

在多米诺骨牌游戏中，孩子们发现推力能让静止不动的骨牌倒塌，由于力的传递性让骨牌中的各种装制奇妙地滚动、转动、滑动……有一名孩子提出：力能不能让物体保持稳定平衡呢？我尝试提供纸杯，让孩子们在纸杯塔平衡游戏中寻找他们眼中神奇的“力”。

二、探究纸杯塔平衡游戏轨迹

轨迹一：自主探究，初步发现平衡力的存在。

纸杯投放第一天，嘉一用许多纸杯叠杯塔，冠乔找来薯片桶稳固。嘉一问：“我的杯塔很高很稳定，这里有力吗？”莹莹问：“如果有力，是什么力？”嘉一说：“力都有名称的，比如拉力、推力，纸杯塔里藏着什么力？”

【观察分析】《3～6岁儿童学习与发展指南》提出：“理解幼儿的学习方式和特点，是以直接经验为基础，在游戏和日常生活中进行，要珍视游戏和生活的独特价值。”通过本次纸杯自主游戏，我发现砌墙式的叠杯塔是孩子现有的直接经验。

【问题聚焦】产生杯塔中是否有力的猜测，对杯塔中神奇的力充满好奇。

【教师感悟】提取来自孩子们的已有经验，发现游戏中隐藏的关键性经验是“平衡和稳定”，引领孩子们改变杯塔外形进一步感受平衡力。

轨迹二：改变底座形状和排列顺序，初步感受平衡状态下力的作用点差异。

第二次，教师提出三种可能：（1）能不能改变纸杯塔的底座。（2）能不能改变杯底杯口的方向。（3）杯塔一定要尖尖的吗？禹辰和睿辰用梅花桩底座，采用ABAB的模式向上叠。A即杯口向下，B即杯口向上。教师问：“叠的过程中遇到了什么困难了吗？”禹辰说：“刚开始我没有注意到梅花形围起来的特点，摆放的时候间距不均匀，倒塌过几次。后来观察好位置，让每个纸杯都放得很平稳，就成功了。”

【观察分析】禹辰采用梅花形围拢，中间成空心状，纸杯均衡摆放在相邻两个力的作用点上，只要每层杯塔数量保持一致，力的作用点会相互支撑，杯塔就能保持稳定。

【问题聚焦】由于杯塔底座形状改变，排列方式不同，出现平衡状态下力的作用点有差异，其他形状围拢是否也可行？

【教师感悟】纸杯塔由实心单面砌墙式叠高转向立体的围拢叠高，对平衡力的感知出现空间架构思维方式。

轨迹三：连结多个椭圆形底座，发现连结处力的作用点规律。

第三次，禹辰提出叠底座为两个椭圆形组合的“8”字形。先分成两组各自叠椭圆形底座，他看了许久说：“两个椭圆形连接处有个小洞洞，这里可以摆一个纸杯，这样两个椭圆形就合体成‘8’。”禹辰在两个杯塔连接处摆放了白色纸杯。第三层，三个孩子一起围拢椭圆形。围拢第四层时，禹辰拿起一个白色纸杯说：“连结两个椭圆形的中心纸杯，我用白色纸杯摆进去，像做标记一样。”五层杯塔顺利连结，呈现非常稳定的状态。纸杯用完了，嘉一邀请一航合作，提供更多的纸杯，当所有纸杯都用尽时，他们自动分工，有的当运输工去建构区运输材料（纸筒、易拉罐、积木），有的继续叠高。最后用多种辅助材料和纸杯结合叠出高塔。

【观察分析】两个同样大小的椭圆形围拢形成两个封闭稳定的底座，如果没有中间的连结，两个杯塔的平衡力还是独立的。禹辰发现第二层杯塔两个椭圆形中间力的作用点是集中在四个相邻纸杯上，只有让四个力的作用点分布均匀才能让“8”字形杯塔产生稳定的平衡力。这是一个关键的线索。另一个重要线索是二层、四层、六层……双数层用白色纸杯摆放做标志，让规律更加明确清晰。在探究中，孩子们自觉形成合作小组，根据各人的优势和特点进行分工，团队意识得到进一步提高。

【问题聚焦】椭圆形围拢能形成封闭的稳定状态，两个椭圆形组合形成新的力的作用点，让杯塔更加稳定平衡。那么，所有能围拢成封闭状态的形状都能连结且作用点都一样吗？

【教师感悟】在比较中逐步了解事物间的异同、相互联系，寻找到连结作用点的规律。在探究中寻找规律让孩子的思维更加抽象、严谨。

轨迹四：采用改变杯口方向和摆放方法，解决方形杯塔转角力的作用点不稳定问题。

第四次，嘉一提出叠一个方形底座的杯塔。叠到第二层轩羽说：“只有3个比第一层少了1个纸杯。”嘉一说：“没关系的，反正很稳定，继续往上叠。”泇熠说：“这里转角已经很狭小了，怎么摆？”轩羽说：“应该摆两个。”刚摆进去，纸杯向外掉了下去。嘉一说：“那摆一个呢？”泇熠又说：“摆一个很空怎么办？”教师说：“转角的地方杯口大挤不下，那纸杯哪个部位小些呢，兴许能摆放。”嘉一听后杯口朝上，杯底着力摆放在转角处，第三层稳定了。叠了五层、六层，轩羽说：“我摆放完以后，马上在它上面叠了一个纸杯，下面的纸杯就被上面的压住不会倒塌。”说完，他示范了一下。嘉一说：“难道这是压力吗？”教师说：“这里有三个力，下面纸杯有支撑力，上面纸杯有压力，还有一个是地球的吸引力。”一航说：“纸杯塔有这么多力的帮助，太奇妙了！”

【观察分析】从两个解决问题的策略来看，第一个关键是寻找相适应受力点，使纸杯稳定；第二个关键是灵活运用了压力使纸杯平衡，孩子们不仅提高了操作能力，也对平衡力有了比较整体的认知。

【问题聚焦】纸杯塔平衡有压力、支撑力和重力，那么在生活中的很多地方都有支撑力、压力和重力的存在吗？

【教师感悟】叠方形纸杯塔游戏中，孩子们发现纸杯塔稳定的因素很多，产生平衡力的方式很丰富，解决问题的方法更加灵活多样。

三、纸杯塔平衡游戏的收获与反思

在纸杯塔平衡游戏探究中，孩子们充分感受了纸杯的特性，将纸杯的外形特点、色彩搭配与设计杯塔底座，摆放排列塔身模式自由结合，并且灵活运用生活中的材料与纸杯叠高结合，尽可能发挥自己现有的操作技能和已有的认知经验去发现神秘的平衡力，这是多么有意义的过程，比初中物理课上一条原理或是一个演示要生动、有趣百倍。

历时一个月的纸杯塔游戏，孩子们从简单散漫地玩，到科学探究地玩。这些游戏的经历让孩子们逐步走进探究、发现的殿堂，科学的光亮在指引孩子们前行。

我是一位幸福的教师，和孩子们一起成长，一起探究、一起发展，感受幼儿园科学游戏的别有洞天。在纸杯塔探究游戏中，我有时是观察者，关注着孩子的一言一行；有时是支持者，帮助他们发现问题、分析问题；有时是引导者，在适当的时机给予点拨；有时是合作者，加入他们的团队，给他们加油打气，收获和孩子们一起探究途中的无限精彩。