《怎样才省力》教学片段与评析

五年级“简单机械”单元属于技术与工程领域的内容，本单元是按照“总—分—总”的逻辑关系设计的，即学生先从整体上感知简单机械，再深入了解每种简单机械的性质，最后综合所学了解简单机械的应用。《怎样才省力》是本单元的起始课，旨在让学生从整体上感知生活中4种简单机械的类型、特点、应用等，提升认识简单机械的兴趣。

从科学观念看，学生有在生活中使用简单机械可省力的体验，但对简单机械的特点和概念认识不够清晰。从科学思维看，学生正处于从形象思维到抽象思维的快速发展时期，这就决定了对他们高阶思维能力的培养尤为重要；学生对常见工具的名称、使用方法都比较熟悉，但将使用这些工具搬动物体的过程生成模型进行表征，从而建立起证据与观点之间的关系相对较难，这也是教学需要突破的难点。从探究实践看，学生已初步具有从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出探究问题、制订探究计划的能力，教师要设计相对开放的教学环节，让学生从不同的角度、用不同的方法完成实践活动，以此发展他们的高阶思维能力和自主学习能力。从态度责任看，学生比较乐于与他人就分歧进行交流和辩论，教师需要搭建与之相适应的平台。

片段一：提出问题

师：学校重新粉刷墙面，需要把钉装饰画的图钉拔下来，怎样才能更快、更好地拔下来呢？

生：可以用手拔。

生：可以用羊角锤。

生：可以用一字改锥撬。

师：到底哪种方法比较轻松呢？就让我们在木板上试一下拔钉子吧。由于涉及羊角锤的使用，那先来看看它的使用方法。

（学生观看羊角锤使用方法的视频。）

师：接下来同学们可以动手试一试。在活动过程中一定要佩戴手套，避免用力过猛而受伤，将拔出的图钉放到一次性纸杯中，用完的器械及时放回工具箱。

（学生拔图钉活动结束后，交流用不同方法拔图钉的感受。）

生：我开始尝试用手拔，很硌手，也很吃力，接着使用羊角锤，发现非常省力。操作过程中还有个小窍门，羊角锤不能对着自己，这样会有些费力。

生：用一字改锥撬也比较省力，但不如羊角锤方便、安全。

师：我们把凡是能够改变力的方向和大小的装置统称为机械。羊角锤、一字改锥的结构非常简单，所以又称为简单机械。

评析：生活是学生学习的源泉，教师创设贴合他们生活的情境，能激发他们学习的内在动机，使他们保持探究兴趣，初步对简单机械形成总体认知，感受到使用简单机械能够省力。

片段二：实践操作

1.制订计划

师：简单机械的种类有很多，在生活中我们要根据需求选择合适的简单机械。如果要完成以下任务，需要用到哪些简单机械呢？请各小组展开讨论，并说一说你们选择的原因是什么。

（出示课件：第一组图片的任务情境有：将行李箱抬上台阶、拧紧螺母、撬动大石头、将红旗升上旗杆顶；第二组图片展示的有活口扳手、木棍、滑轮、斜坡。学生小组内交流后，汇报结果。）

生：推行李箱上阶梯需要用到斜坡。

生：将螺母拧紧，需要使用扳手，注意扳手与螺母要匹配。

生：撬动大石头要用到木棍，我知道运用的是杠杆原理，根据经验我认为支点放得靠前些会省力。

生：将红旗升至旗杆顶要选择滑轮，在顶端放置滑轮，在下方拽绳子就可以将红旗升上去。

2.动手操作

师：教室里设置了4个情境区域，分别是帮助老师将行李箱搬上台阶、拧紧木板上的螺母、撬动大石头、将红旗升至旗杆顶。同学们选择合适的简单机械，完成相应的任务。大家操作过程中一定要佩戴手套，注意安全，每项任务完成后要将工具还原。

（学生分小组实践操作。）

师：哪个小组说一说是如何操作的？

生：第一次用手将行李箱拎上平台，非常费劲。后来我们沿着斜面把行李箱拖了上去，省力很多。

生：使用扳手要注意选择合适的型号，我们在操作时发现要用另一只手固定住螺丝钉的底部，不让它乱动，然后顺着一个方向旋转扳手，这样螺母就能被拧紧了。

生：撬动大石头用到了杠杆原理。使用杠杆会更省力一些，而且支点的位置越靠前，就越省力。

生：我们先前想直接将红旗挂上去，可是旗杆太高，够不到顶端，后来我们借助滑轮，直接在下方固定红旗，通过向下拉绳子，就将红旗升到旗杆顶了。

师：针对以上的操作过程，其他组还有什么补充或者不同意见吗？

生：滑轮在使用上可以根据运送物体的大小调整轮子和绳子的大小、长短以及材质。

生：我想补充杠杆部分，撬动大石头的支点如果移向后方，会成为费力杠杆，支点在中间，就会成为等力杠杆。现在游乐场里常见的跷跷板就是等力杠杆，古代的投石机是费力杠杆，使用费力杠杆投石头飞出的距离会更远。

生：在撬动大石头时，我觉得应该用扁的木棍，或者前面头是扁的，这样效果会更好。

生：如果斜面的坡度再小一些，平缓一些，可能会更省力气。

评析：获取充足的经验事实是建构模型的基础，此环节学生通过完成4个任务，并描述使用简单机械的过程，从而获取建构模型所需要的经验事实。总结每种做法并及时补充完善，为学生抽象4种简单机械模型的本质奠定了经验基础，也培养了他们的发散思维。

片段三：得出结论

师：你能画出其中一个简单机械的示意图吗？

生：（一边画图，一边讲解）我们以将行李箱拉上台阶这幅图为例，我们用斜线表示斜面，它与地面形成一个夹角，拉行李箱时受到的力平行于斜面，这就是斜面的简单示意图形。

师：请同学们按照这个同学的示范，尝试把剩下的3个任务中用到的简单机械模型画出来。

（学生以小组为单位绘制简单机械示意图，如图1。）

师：哪个小组来分享你们画的示意图呢？

生：我们组画的是滑轮。这个装置可以改变力的方向，利用轮子，将绳子绕过它，通过向下的力将物体升起，这样，人在下方拉拽绕在轮子上的绳子就可以将物体升至高处，非常方便。所以，我们根据实物理解这样绘制：圆圈代表轮子，两边的线是绕在轮子上的绳子，力的方向向下，物体随之上升。有了滑轮装置，人在下面拉拽绳子，就可以直接将物体运到高处，省时、省力。

生：我们组画的是杠杆。撬动重物首先需要一个棍子，我们用横线代表棍子，棍子下方的三角形代表的是支点。因为支点靠前会更省力，所以我们把支点的位置靠近重物，这里用圆代表石头，通过棍子后端施加向下的力，使石头向上翘起。

生：我们组画的是轮轴。中心的螺丝钉是一个轴，扳手围着轴顺时针旋转，所以我们在绘图时，用竖线代表中心轴，力的方向是围绕轴顺时针旋转，箭头代表旋转的方向。我们发现如果手放在扳手的近端根本转不动，只有握住扳手的远端才能实现省力。

师：同学们总结一下，这些简单机械有没有相同点？

生：都能够更快地完成工作，提高工作效率。

师：它们的科学名字分别叫什么？

生：它们分别叫斜面、滑轮、杠杆、轮轴。

评析：用图示的方式建构理想模型是模型建构的一种重要方式。学生通过分析、比较、综合等思维，抓住了简单机械模型的本质，从而抽象出四种理想模型。学生从能说出简单机械，到了解4种简单机械的特点，经历了建构模型的过程。

片段四：应用与拓展

师：课件中的物体或装置都应用了哪些简单机械呢？请同学们从工具箱内取出相应的图片，以小组为单位分别粘贴到相应任务区的展牌上。

（学生交流并在展板上粘贴相应的图片。）

生：我们分别将方向盘、门锁贴到了轮轴组；剪刀、压蒜器、跷跷板贴到了杠杆组；盘山公路贴到了斜面组；吊车贴到了滑轮组。

生：我看其他同学都将吊车贴到了滑轮组，吊车的起重臂同样也运用到了杠杆的原理，所以我们组也将它贴到了杠杆组。

师：你考虑得很全面！通过这节课的学习，我们知道了什么是简单机械，了解了它的种类、特点、作用以及生活中的应用。关于简单机械，你们还想了解些什么？

生：在运输大体积物品时，将水洒在地上冻成冰，那么冰算不算简单机械？

生：简单机械还有哪些种类？

生：三国时期诸葛亮发明的木牛流马算不算简单机械呢？

生：生活中哪些物品还用到了简单机械？

评析：此活动是本节课的拓展，学生通过对简单机械的认知了解，回归到生活中的运用，深刻体会到科学与生活的联系，了解到科学的真正价值，增强了学习科学的兴趣。

总评

本课立足于学生核心素养的发展，以科学思维能力、科学探究和实践能力作为重点，促进他们学习能力、探究能力、创新能力的发展。本课的重难点在于模型建构的分析过程，学生以生活经验和操作过程为基础，从不同角度分析、思考问题，提出新颖而有价值的观点，对客观事物以绘画的方式进行抽象理解和概括，提出合理观点，较好地建构了科学概念。

本课以学生的生活为基础，创设情境，引发他们的认知冲突，从而激发他们学习科学的内在动机、创新思维，让他们主动参与、动手动脑、积极体验。同时，教师适时引导学生对所学知识和方法进行总结、反思、应用与拓展，促进他们自主学习和合作学习能力的发展。

（作者单位：边亚希，河北省石家庄市实验小学；郭春霞，河北省石家庄市长安区教育局教研室；敦文术，河北省石家庄市教育科学研究所）