教科版小学科学“运动和力”单元若干问题的辨析与应对

陈敏

【摘   要】教科版小学科学五年级上册第四单元“运动和力”中存在几个容易混淆的问题——“速度与加速度”“重力、质量与重量”“摩擦力”等。因此教师有必要通过辨析进一步厘清概念，并根据实际教学提出有效的对策。

【关键词】小学科学;运动和力;问题辨析

“运动和力”是教育科学出版社出版的（简称教科版）小学科学五年级上册第四单元的教学内容。通过教学观摩和教材研读，发现该单元存在几组容易混淆的问题，如“速度与加速度”“重力、质量与重量”“摩擦力”等。教师有必要进行辨析，进一步厘清概念，并根据实际教学提出有效的对策。

一、速度与加速度

（一）问题的辨析

该单元的前三节都在研究力与物体运动的关系，提出“要使静止的物体运动起来，需要什么条件”“怎样使物体运动得更快”等问题，并得出“要使静止的物体运动起来，必须对物体施加力，要使物体运动得更快，必须对物体施加更大的力”的结论。这一结论是否合理？

亚里士多德坚持运动需要获得直接推动力[1]，如马拉车，车运动，马停止拉车，车就不再动了[2]。这一认识和人们日常观察的结果是一致的。教材的结论与亚里士多德的观点非常接近。但伽利略、牛顿等科学家却通过思想理论和实证性实验的验证，证明了这种观点是与客观事实不相符的。

虽然《科学教师教学用书》对此做了说明——“更科学地说，是加速度越大，这里用学生能够接受的‘运动越快表述这个意思”，但这两种表述是不能互相替代的。这就是教材表述的问题所在。因为从一个方面看，“使物体运动得更快”是指向物体的运动速度，只要物体的初速度比原来快就能实现运动，当物体保持这个初速度做匀速运动，加速度即为零，并不需要有力或更大的力施加在物体上。从另一方面看，“使物体运动得更快”可以被理解为两种不同的意思，一种是物体在这个时刻的速度比上个时刻的速度更快，如图1中小车A的初速度为1米/秒，如果它的速度变成2米/秒，那么它需要做加速运动，需要有力施加在小车A上;另一种是物体现在的速度比原来快，如图2中小车B运动速度为10米/秒，比小车A运动得更快，它只要维持这个速度即做匀速运动就比原来的速度快，并不需要有力或更大的力施加在小车B上。学生作为初学者，很容易把“使物体运动得更快”理解为后者。

如果强调“要使静止的物体运动起来，必须对物体施加力，使物体运动得更快，必须对物体施加更大的力”，就会使初学者建立起“力是维持物体运动的原因”的概念。这将是中学阶段需要澄清和转变的一种日常前概念。如果教师在小学阶段就按照这样的观点进行科学教学，就会导致学生现在学得越好，后续学习困难越大。

（二）教学对策

如果把“运动得更快”改为“运动速度变化得更快”，指向就有了变化。“使物体的运动速度变化得更快”是指向物体的加速度，意味着物体的运动速度是变化的，即物体在做变速运动，加速度不为零。在这种情况下，必须有力（合力）作用在物体上才能实现运动，即“要使物体的运动速度变化得更快，就必须有力作用在物体上”，体现了“力是改变物体运动速度的原因”的规律，与中学阶段所学的规律相吻合。

因此对于该内容，建议教师在教学时设置情境，引导学生观察和思考“使物体的运动速度变化得更快”的现象，而不是观察“使物体运动得更快”的现象。

二、重力、質量与重量

（一）问题的辨析

教材在第4课《测量力的大小》中提出“人们生活中习惯用‘克‘千克来表示重力和其他力的大小”。单元资料库里也有“重力的大小叫重量。物体的重量并不是一成不变的，物体离开地面越高，重量就越轻。在地面上重50千克的运动员，登上8844.43米的珠穆朗玛峰，体重大约要减轻0.14千克”的相关阐述。《科学教师教学用书》也提到“月球车必须足够轻以便火箭可以把它发射出地球。这个车在地球上重210千克，在月球上只有35千克”。这些叙述是否合理？

其实教材中至少出现了三个容易混淆的词——重力、重量和质量。它们之间有关系吗？如果有关系，那又是什么样的关系？

1.重力和质量

地面附近一切物体都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受到的力叫作重力。[3]重力表示一个物体所受引力的大小，而质量表示物体所含物质的多少。[4]重力和质量是两个不相同的物理量（见表1）。

物体受到的重力与它的质量是有关系的，用G表示物体受到的重力，用m表示物体的质量，那么它们的关系就是G=mg，其中g是重力加速度，又称为自由落体加速度。因此，影响不同物体所受重力大小的主要原因除了物体的质量之外，还有重力加速度。

人们在生活中并没有用习惯的“克”“千克”表示重力和其他力的大小，因为这些单位都表示物体质量的大小m，即物体所含物质的多少。质量的大小是物体固有的属性，只要物体本身不被破坏，就不会因为物体颜色、形状、所处位置等发生变化而变化，自然也就不会由于离地面高度的变化而变化，或由于从地球落到月球上而发生变化。

而重力加速度g是会发生变化的。在接近地球表面的地方，由于地球引力而产生的加速度为9.8m/s2。[5]精确的实验发现，在地球上不同的地方，g的大小是不同的。在赤道g=9.780m/s2，在北极g=9.832m/s2，在北京g=9.801m/s2。在通常的计算中，人们把g取作9.8m/s2。[6]

在这个问题上，教材编写者显然是将“由于离地面高度变化引起重力加速度g大小发生变化进而导致物体所受重力大小发生的变化”误解为“由于物体质量大小发生变化而导致物体所受重力大小发生变化”。这样的解释和阐述并不合理，会使学生在中学阶段形成认知障碍。

2.重量

经过仔细分析可以发现，教材关于“重量”一词在不同的语句中有着不同的含义。