《简单机械》教学案例分析

2021-10-19 08:14:51 39

一、教学案例

课堂复习：

教师：杠杆有几类？

学生：省力，费力和等臂杠杆。其中省力杠杆费距离，费力杠杆省距离。

新课教学：

教师：旗杆上的滑轮给我们带来什么好处？

学生：可以省力。

教师演示：安装定滑轮、安装动滑轮。

教师提问： 滑轮有哪些特点呢？我们来利用实验探究。

（板书）探究定滑轮、动滑轮的特点

教师提问：需要什么器材？

学生：钩码、滑轮、铁架台、刻度尺和弹簧测力计。

教师要求：分组进行实验、要求设计表格并且把数据记录入表格。

学生活动：安装滑轮、测量。

学生笔记之一：

器材：弹簧测力计、钩码、滑轮、线、铁架台和刻度尺。

学生笔记之一：（表格）

钩码质量

上升高度

教师设计的表格和实验数据：

种类

教师分析评估：

⑴ 弹簧测力计倒挂。

⑵ 分析数据，得出结论：

① 定滑轮：不省力，不省距离，不费距离。

② 动滑轮：省一半力，费距离，不改变力的方向。

二、案例分析

1．明确探究目标，增强教学指向性

案例中的教学活动可以大致分为：问题的提出和实验设计、实验探究活动、分析评估等三个阶段。

⑴实验设计，探究目标要明确

教师在第一阶段初始的复习提问，想通过杠杆的特点引导探究滑轮的特点，是一种类比的思想体现。对于新课的问题情景设置（旗杆上的滑轮）让我们清醒地意识到学生对于滑轮的认知水平停留在力的大小盲目比较层次。从学生的感性认识过渡到科学探究的理性认知，教师要发挥坚定的主导作用，引导学生发现需要探究的目标。

如果不进行有效的过渡与引导，仅仅以为复习提问中有类比的思想，错误以为学生已经知道探究内容。只是简单的提出问题：“滑轮有哪些特点？”。就让学生选择实验器材、进行实验。则学生的实验探究目标会出现很大的差别。探究目标不会有针对性。接下来的探究方向就不会明确，达到的探究效果也会很有限。

⑵从笔记中发现问题

从学生设计的表格（笔记之一）中发现：①学生关注的是钩码上升的距离和绳子（应该是力移动的距离）上升的距离，意识到两者之间的距离关系；②只注意到钩码的重量，没有注意到拉力的大小，没有意识到两者之间的大小关系；③表格中也没有发现力的方向关系。这是基础比较好的学生笔记。

从学生设计的表格（笔记之二）中发现：学生只是孤立的列出了钩码质量和上升高度，显然没有意识到要探究的具体目标，这样的探究结果不可能找到滑轮的特点，也不会意识到动滑轮和定滑轮可能会有区别。同时表格中列举钩码的质量是概念理解错误，质量不会因利用滑轮而改变，也就没有探究价值。应该探究利用滑轮之前、后力的关系。这是基础比较差的学生笔记。

⑶教师参与的切入点

如果教师在探究的实验设计之前利用类比的思想，引导学生发现利用定滑轮之前、后可能会出现力的大小有变化、力的方向有变化。学生会有明确、具体的探究目标──比较利用滑轮前后的拉力大小和方向；如果在动手实验之前让学生感受动滑轮和定滑轮拉动物体移动的距离，学生也会发现两者前后移动距离的比较应该是探究目标之一。

假如教师在引导学生发现问题之后，以参与者身份继续引导学生理顺要探究比较力的大小、方向和力移动的距离关系。则学生在实验表格的设计、器材的选择和实验操作的目标针对性会更强，得出正确的实验结论可能性会更大。否则即使是进行了实验探究，也只是流于形式，实验结论只会由教师最后传授、给出。学生不可能从中领悟到探究的意义和价值。

2．明确探究能力目标，在探究过程中培养能力

能力目标贯穿探究的全过程。一节科学探究课，不能只满足于课程标准的知识目标，在课程标准要求的知识目标以外，还有科学探究内容目标。科学探究既是科学方法又是科学内容。以本节为例，课程标准的知识目标要求是认识定滑轮和认识动滑轮。为了解层次，也是知识要求的最低层次。本节科学探究，作为科学内容目标还涉及到：理解、应用等能力层次的培养和要求。

⑴ 科学探究中的应用能力培养

应用能力包含测量、使用、简单计算和解释现象等。教师在介绍滑轮的时候，选择的是自己演示安装定滑轮和动滑轮。如果改为学生探究安装定滑轮和动滑轮。教师提出一个小小的探究目标：给你一个滑轮，试一试，能够进行几种形式的安装？动一动，观察它们的效果相同吗？学生会在动手实践中熟悉使用滑轮的安装方法，观察、发现滑轮安装的不同方法，比较并对滑轮进行分类，对动滑轮和定滑轮有具体的感性认识。在接下来的动手实际使用和测量过程中会更熟练，应用能力培养和提高水到渠成。

⑵科学探究中的理解能力培养

理解能力包含：释义、举例、分类、说明、比较、判断、归纳、推理等。

设计表格，是本节培养理解能力的重要途径。从提供的学生设计表格（一）发现：这是一个能力比较强的学生，学生已经具有初步比较动滑轮和定滑轮的意识；同时注意到探究目标中使用机械前后力的移动距离比较。从提供的学生设计表格（二）发现：有的学生还不具备这种比较与判断动滑轮与定滑轮、比较与判断使用机械前、后力移动距离的意识和能力。所以在探究的过程中应该有意识的引导、训练学生设计实验表格的方法，培养设计实验表格的能力。实验表格不仅具有记录实验现象、收集实验数据的单一功能，更重要是对实验现象、数据通过列表的形式，进行比较、判断，在此基础上进行归纳推理，发现并且得到科学结论。所以表格的设计与应用，可以在得到实验结论的同时培养理解能力。

在教师的列表中，有意识的进行了两类比较：动滑轮与定滑轮；使用机械前后，力的大小、方向和移动距离的比较。如果要训练归纳能力，还可以设计成如下表格形式：

不难发现：比较“列”可以实现动滑轮与定滑轮的特点比较；比较“行”可以实现使用机械前后不同的特点比较。通过增加第一行，可以把第二行复杂的数据归纳为使用机械前后力的大小、方向和移动距离的数量关系。实际上也暗含功的要素和功的原理，为以后的学习打下伏笔。

使用机械以后的情况（实验结论）：

通过比较“列”可以得到定性关系：第一列①定滑轮不省力、动滑轮省力；第二列②定滑轮不省距离也不费距离、动滑轮费距离；第三列③定滑轮不改变动力的方向、动滑轮改变动力的方向。

比较“行”还可以得到使用机械前后的定量关系（实验结论）：①比较第一行，定滑轮拉力等于物体的重力；拉力移动的距离等于物体移动的距离；②比较第二行，动滑轮拉力等于物体重力的二分之一；拉力移动的距离是物体移动距离的两倍。

对于表格的设计与训练，可以有效的培养比较、判断、归纳、推理能力。在探究活动中，除了基本的知识传承，把探究作为科学内容，与知识一样重要，真正做到在探究过程中即学会知识与方法又培养能力。

3．过程评估与终结评估并行

第二阶段的学生探究活动同第三阶段的分析与评估一样，有许多内容要进行评估，并且是同等重要。

⑴案例中的评估

从案例中看到，由于测量数据出现差异，达不到实验结论的要求，教师对定滑轮的实验操作进行了评估：因为弹簧测力计倒挂，导致数据出现误差。对于探究过程和数据分析等许多需要评估的内容没有介入，评估的时间因素也没有体现。

⑵评估的简单分类

从评估时间上分类，可以把评估分成过程评估和终结评估。按照评估的内容，可以分成实验操作评估、实验数据分析评估、实验器材选择评估和实验设计方案评估等等。实验操作评估一般进行过程评估比较合适。其他一些则放在终结评估比较合适，但也会出现交替的情况。

⑶过程评估要及时

过程评估和终结评估都是不可或缺的，在此探究活动中，以下几个实验操作会出现问题和困难：①学生利用动滑轮测量拉力移动的距离；②利用动滑轮测量拉力时，拉力的方向与竖直方向有一定夹角，夹角不同弹簧测力计读数不同；③利用动滑轮测量拉力时，动滑轮本身的重量对测量结果的影响；④利用定滑轮时拉力的方向是否一定要竖直向下等。

以上问题在实验设计的时候，学生一般不会考虑，但是在实际操作的时候几乎都会遇到。由于教学任务和教学进度的原因，如果有些问题不能在实验探究过程中及时发现、及时评估和纠正，则得到的实验数据会出现很大的误差。对以上可能会出现的现象如果只进行终结性评估，当大面积的学生出现以上问题时，则会由于没有时间重新进行实验探究而导致实验数据及实验分析和实验结论的不可靠，得到定量的关系很困难。在没有办法的情况下，教师只好选择个别优秀学生的实验数据作为样本进行板书分析，对其他学生的真实实验数据不了了之。长此以往，探究只是流于形式，对于科学精神、科学素养的培养目标的达到会带来无形的困难。

需要过程性评估的内容必须在实验探究的过程中及时发现、及时评估，此时的评估是着眼于解决问题的需要、着眼于探究能力的培养而不仅是为了考试需要流于形式的为了评估而评估。

回过头来再看案例，动滑轮的拉力和钩码重量的实验数据关系可靠性与真实性不言而喻。学生学习到的评估知识与方法显然不能达到目标，评估能力的提高也就无从实现。

⑷终结评估要到位

对案例中的实验数据分析发现，可比较的数据次数太少，不具有代表性也不具有普遍性。可以多选择几组实验数据进行比较、判断，在此基础上进行归纳总结。对于定滑轮拉力的方向，因为它对于实验结论的影响不是很大，可以进行终结评估。如果能够收集一些利用定滑轮时，拉力的方向不同，拉力的大小相同。可能会激发学生思考为什么会出现此种现象，对于学有余力的同学探究定滑轮的本质就成为发现问题很好的素材。对于此种评估作为终结性评估比较合适。对于实验分析和结论的描述，是学习的一个难点，由于部分学生并不具有比较、判断、归纳的能力，描述的实验现象和实验结论可能不全面或者不正确，此时对学生描述的实验结论进行评估不仅可以得到比较规范的结论，更能借此机会训练学生进行比较、判断和归纳的能力。

总之，过程评估和终结评估都有各自的功能。需要过程性评估的要及时进行过程评估，不要等到实验终结时再进行评估。把评估内容按照评估需要和时间分开，发挥各自的功能。

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