小学科学思维型课堂构建策略浅探

《拧螺丝的学问》编排在苏科版科学五年级“简单机械”单元，主要学习内容是轮轴的相关知识。在课前问卷调查中，我们发现学生都不知道什么是轮轴，甚至有人将形状为圆形的轮子或相关的物品混淆为轮轴，所以关于轮轴的结构及其工作特点是本节课的重点、难点。此外，五年级学生虽然已经接触了一些简单工具，如螺丝刀、扳手、钳子、锤子等，但是这些工具涉及怎样的科学原理，绝大多数学生不清楚。据此，笔者设置了如下教学目标：①科学观念——知道轮轴这种简单机械可以提高生产效率和工作效率；②科学思维——能通过生活中的实物分析轮轴的结构特征，能通过模型建构的方式研究轮轴省力和费力的原理；③探究实践——在利用模型进行实验探究的过程中，能通过记录的数据，运用分析、比较等方法，得出在轮上用力比在轴上用力更省力的结论；④态度责任——能实事求是地记录数据，通过数据做出独立判断，并通过合作与交流的方式开展探究活动。为达成教学目标，笔者预设了“设计情境，激发动机；认识结构，辨认轮轴；设计实验，分组探究；学以致用，应用迁移”四个环节，构建小学科学思维型课堂。

一、设计情境，激发动机

教学伊始，笔者设计了这样的游戏：出示一个饮料瓶，随意指定两名学生，让一名学生握住瓶口端，另一名学生握住瓶底端，同时用力反向转动，看谁能掌握饮料瓶转动的方向。学生发现，握住瓶底端的学生掌握了饮料瓶的转动方向。笔者让两名学生调换饮料瓶的方向，即握瓶底端的学生握瓶口端，握瓶口端的学生握瓶底端，再次同时用力反向转动。学生发现，还是握瓶底端的学生掌握了饮料瓶转动的方向。转动同一个饮料瓶，为什么同一名学生有时能掌握转动方向，有时不能掌握呢？学生结合观察情况，发现饮料瓶转动方向与握住瓶底端的学生用力方向一致，也就是说，谁握住了饮料瓶粗的一端，谁就掌握了转动的方向。

面对这个结果，很多学生不服气，主动要求上台尝试，但结果与上面的游戏结果完全相同。后来在大家的提议下，班上力量最大的学生与力量最小的学生做了一次尝试，但结果依然无法改变。这个游戏启发学生思考：是什么原理在控制饮料瓶转动的方向呢？笔者适时点题“其实这跟拧螺丝的原理相似”，从而揭示了本节课的主题“拧螺丝的学问”。

二、认识结构，辨认轮轴

学生通过观察螺丝刀的结构建立对轮轴的轮和轴部位的认识，是本节课的教学重点。

为突破重点，笔者先引导学生通过分析螺丝刀的使用特点，认知轮和轴的使用特点，即轮和轴固定在一起同步做功。然后，笔者通过小组讨论的方式，引导学生辨认生活中不同的轮轴，如水龙头、方向盘、扳手、门把手以及转动的铅笔刀等。“这些轮轴的使用有哪些共同特点呢？”学生观察之后，笔者提出这个具有承上启下作用的问题。承上主要表现在两个方面：一是学生通过前面的学习，发现轮轴中轮的部位不一定是像轮子一样的圆形，但轮运动的轨迹包含圆或圆的一部分；二是学生发现轴在使用过程中可能隐藏起来，但它一定会跟着轮同步转动。启下主要表现在，当学生发现轮轴的发力部位都在轮上时，笔者及时启发学生思考：为什么这些轮轴要在轮上发力呢？学生围绕这个问题展开实践探究，很快发现用螺丝刀的轮和轴两个部位分别拧螺丝，在轮上用力省力，在轴上用力费力。至此，学生初步得出一个关于轮轴的猜想：在轮上用力省力，在轴上用力费力。

需要注意的是，这个结论只是初步猜想，是否正确还要通过严谨的科学实验反复论证。教学由此进入下一个环节。

三、设计实验，分组探究

这是本节课的教学难点。笔者利用模型引导学生探究使用轮轴时在轮上用力省力的奥秘。

利用模型进行实验探究的前提是学生能够建立实物与模型之间的关联。教学中，笔者采用“螺丝刀—螺丝刀俯视图—模拟螺丝刀—模拟螺丝刀俯视图—轮轴模型”的顺序（如图1），让学生循序渐进地认识轮轴模型。

在学生对轮轴模型有了基本认知后，为了增强对比效果，笔者引导学生通过讨论，决定采用轴大小相同而轮大小不同的两组轮轴（第一组中的轮较小，第二组中的轮较大）进行实验。实际操作中，学生发现在第一组的轴上挂4个钩码，轮上只需挂2个钩码，此时轮轴保持平衡（如图2）；为了获取更多数据，学生改变轴上钩码的数量，依次挂2个、6个钩码，发现轮上只需依次挂1个、3个钩码，轮轴就可以保持平衡。在第二组轮轴实验中，学生第一次也在轴上挂4个钩码，而轮上只需挂1个钩码，轮轴就能保持平衡（如图3）；为了获取更多数据，学生将轴上的钩码数量增加至8个，发现轮上只需挂2个钩码，轮轴即可保持平衡。

通过对两组轮轴实验数据的分析，学生发现轮上的钩码数量少，轴上的钩码数量多，而轮轴能保持平衡，这说明在轮上用力省力，在轴上用力费力；学生还通过分析发现，如果轮轴的轴大小相同、轴上的钩码数量也相同，轮越大在轮上用的钩码数量越少，而轮轴也保持平衡，这说明轴相同时轮越大越省力。

至此，本节课的教学重难点全部突破。

四、学以致用，应用迁移

该环节的重点是针对以上结论——轴相同时轮越大越省力的原理，引导学生迁移应用。

笔者通过以下三个问题达成教学目标。第一，观察图4，消防救援时，消防员需要快速打开消防栓，如果你是消防员，你会选择哪种轮子进行组装？第二，观察图5，在使用内六角扳手时，你会选择哪个部位发力，为什么？第三，回顾整个教学过程，你能解释课始游戏中暗含的玄机吗？

针对第一个问题，学生选择了最大的轮子，原因是根据轮轴省力原理，轮越大越省力。针对第二个问题，学生选择了在扳手最顶端发力，原因是选择扳手最顶端相当于选择了在最大的轮上用力，而轮越大越省力。针对第三个问题，学生发现饮料瓶也是轮轴，握住粗的一端就相当于使用轮轴当中轮的部位用力，所以在力量差别不是特别大的情况下，握住瓶底端的学生总是能掌控饮料瓶转动的方向。

此外，笔者呈现了竹蜻蜓、吊扇（如图6）两种不同的轮轴，让学生辨认轮轴使用的部位。

学生通过实际操作，发现这两种物品使用的是轮轴中轴的部位。他们还通过分析两种物品使用的特点，发现使用轴的部位可以提高转动速度，从而建立了轮轴使用的辩证思维，即根据需要合理选择使用的部位，而不是因为省力全部选择使用轮这个部位。

（作者单位：武汉市育才第二小学）

责任编辑 姜楚华