《运动与摩擦力》教学案例与评析

《运动与摩擦力》为教科版四年级上册第三单元第五课。该课以“怎样减小摩擦力”为主线，引导学生通过解决真实情境搬箱子费劲，探究滑动时的摩擦力大小和滚动时的摩擦力大小，通过搜集数据证明自己的猜测。如何搜集可靠、严谨的证据，学生可通过实验设计、探究合作等环节，亲身经历探究过程，在不断思维碰撞的过程中、探究实验中明白搜集可靠证据的意义。

一、教学分析

《运动与摩擦力》是四年级上册《运动和力》单元的第5课。本单元的第1课已为本课的探索情境做了铺垫，第1课主要是研究多大的拉力能使重物运动起来，以及用更大的拉力后，重物运动的快慢会怎样变化，本课将研究重点定位至刚好使物体运动起来的拉力就相当于最少要用多大的力，才能克服摩擦力让小车动起来。学生弄清楚这个知识点后，在后续的“利用垫圈个数表示测量摩擦力大小”的活动中，才会有更好的实践体验。

在四年级学生的生活经验中，对“摩擦力”这个词已经比较熟悉，对物体运动会受到摩擦力的现象也不陌生。但是，对摩擦力的概念以及如何知道摩擦力的大小、如何减小摩擦力等问题还要进行深入了解，因此本课将以此作为学习的起点。在动手能力方面，垫圈挂法操作对四年级学生还是有一定难度，需要教师在前课以及实验前强调并演示，指导学生规范进行实验操作。同时，四年级的学生虽已养成了记录习惯、实验习惯，认真倾听他人发言还有待加强。

二、教学流程

（一）创设情境提出问题

为学生创设真实的问题情境，认识到物体在运动中产生并受到摩擦力。由真实情境搬箱子费劲引出摩擦力的概念——摩擦发生在运动物体的接触面之间，提出产生摩擦的两个条件：①两个物体相互运动;②两个物体接触。由“摩擦”理解“摩擦力（运动的物体往往会受到一种阻碍物体运动的力，这种力叫做摩擦力）”，学生会理解得更加透彻。

在理解摩擦力的概念后，联系三年级下册第一单元所学的物体的运动方式，分析箱子在地面上的运动方式——滑动。再重回真实情境：同学在拖动箱子时很费劲，箱子在地面上滑动时的摩擦力大小到底是多少呢？由此聚焦第一个探究问题：滑动的方式下物体受到的摩擦力大小。

（二）小组合作探究实验

出示实验材料：木板（带滑轮）、系好绳子的小车（无轮子）、若干垫圈。学生通过本单元的第一节课《让小车运动起来》能够知晓垫圈所产生的拉力能够克服阻力，从而设计出实验测量摩擦力大小。这部分活动是模拟真实情境中的搬箱子，以木板模拟地面，小车模拟重物，垫圈模拟拖动重物的力，通过引导学生模拟搬运重物来体验，并用垫圈个数表示摩擦力的大小。

1.探究滑动的运动方式与摩擦力的关系

测量滑动时的摩擦力大小时，要求学生根据出示的实验器材设计实验。

垫圈如何挂？观察什么？记录什么？在本单元第一节课《让小车运动起来》学生已知晓垫圈轻挂轻放，并且只能一个一个增加，一边观察小车是否滑动，不能一次性增加多个垫圈，否则实验结果会不准确。在向学生提问垫圈挂到什么时候就不挂时，此问题指向目标中的“会用垫圈数表示摩擦力的大小”，有了本单元之前的课的铺垫，部分学生能够说出垫圈数量代表摩擦力的大小，这也从另一层面认识物体在木板上是会受到摩擦力的，因此阻碍了它从静止到运动。其实，这是物体受到的静摩擦力。这里学生从感知摩擦力上升到对摩擦力有了进一步的理解和体验，但限于学生的认知程度，在第一部分只是给出了动摩擦力的定义。

实验表格中记录垫圈数量涉及到三次实验取“平均值”，通过调查，发现四年级的学生还未系统地学习“平均数”，故从三年级数据处理的三种方式——平均数、众数、中位数中，选取“中位数”的处理方式。一来，三次实验不一定出现“众数”;二来，取“平均数”难免出现小数，但垫圈数量为整数。取中位数的方法更加直截了当。

实验完成后，引导学生思考：垫圈很少时，小车为什么不滑动？有了前面第一节课《让小车运动起来》的知识铺垫，学生能够较容易联想到垫圈重力所产生的拉力不能克服阻力，所以小车不动。部分同学能够明确指出这个阻力即为摩擦力。学生在此的想法是垫圈的拉力“小于”摩擦力。这里教师不给予否定、肯定学生的思路，但是要求学生以更加规范的用语去描述：小车要运动，垫圈所产生的拉力要克服摩擦力。

2.探究滚动的运动方式與摩擦力的关系

第二个活动是用简单工具改变物体的运动方式。基于此，教学巧借了古人用滚木搬运重物的场景，提示学生思考此种运动方式——滚动，是如何满足人类生产生活的需要。学生提出猜测，滚动时可以减小摩擦力。但是猜测没有证据支撑，所以我们用证据来说话。

本探究实验操作步骤和第一个活动的基本一致，在小车下添加两根木棍，同样要求学生一边一个一个增加垫圈，一边观察小车是否开始运动，记录恰好发生运动时的垫圈数。在对比滑动时与滚动时两种运动方式下摩擦力大小时，学生能够通过记录的数据，分析出滚动时的垫圈数量比滑动时的垫圈数量少，代表着滚动时的摩擦力比滑动时的摩擦力要小，这也就意味着采用滚动的方式拉动物体运动的力要小一些，可以省力。

教科书提示学生思考滚木的优缺点，所以我们重回古人使用滚木搬运大石块的情境，让学生通过实际体验发现使用滚木的优缺点，优点是可以省力，缺点是需要重复搬滚木，这也引导学生思考技术的改进对满足人们需求的影响。那什么样的方法既可以省力，又能够方便一些呢？顺理成章的承接到第三个活动——使用轮子。

3.探究“轮子”给人类带来的好处

第三个探究活动是给小车加上轮子，学生重复相同的操作。与前面情况相比，加上轮子后，所使用的垫圈数与使用滚木的相差不大，说明可以省力;学生还观察到，轮子可以持续不断的滚动，使用更加方便。在此要进一步引导学生从技术与工程的角度去思考，技术的不断改进能否满足人类生产生活的需要。由此，承接到下一活动——生活中需要增大摩擦与减小摩擦的例子。

（三）扩展视野联系生活

轮子的发明将物体运动改变为滚动，这是人类技术的一个伟大进步，有了轮子，我们就发明了自行车、汽车、火车等。从滑动到滚动，从滚动到使用轮子，摩擦力减小，我们的出行速度更加快捷。如果还想要交通工具的摩擦力减小，人类发明了气垫船与磁悬浮列车，比普通的船与火车速度快很多。如果想要磁悬浮列车停下来，需要刹车，刹车是需要增大摩擦的。从此处让学生知道，生活之中不是一味的减小摩擦，有的地方是需要增大摩擦，并让学生举例哪些地方是增大摩擦。

在学生知晓生活中根据人们不同的需求需要增大或减小摩擦的基础上，教师出示既有增大摩擦，又有减小摩擦的物品——自行车，让学生指出哪些地方增大或减小摩擦，并说明理由，进一步加深“人类可以不断改进技术来满足增大或减小摩擦力的需求”的理解。

三、教学评析

科学课应当充分体现“探究”，注重学生证据意识、科学思维的培养。通过将本堂课的教学内容进行“编码”，在创设真实的问题情境下，让学生亲身经历搜集证据的过程，并思考证据是否严谨、可靠。

（一）巧用情境 解决真实问题

问题情境要求教师在一定科学教学目标的引导下，以问题为任务驱动，将学生带入真实情境，促使学生思考，开展科学探究。真实的问题情境贴近学生的学习生活，学习情境的本质是生动的生活事件，包含与教学内容相应的、具有内在联系的问题，所以学习情境是问题，但不是知识本身。学习要让学生重回情境进入发生状态。如在本课中由真实情境搬箱子费劲，指向如何搬箱子不费劲，通过比较滑动摩擦与滚动摩擦，重回搬箱子的情境，真实体验滚动时的摩擦比滑动时的摩擦小。

科学讲究思维，杜威在《我们怎样思维》中提出：思维最主要的一个功能就是在新情境中解答问题，排除疑虑，整个思维的过程其实就是梳理、分析和解决问题的过程。换句话说，就是人的思维始于疑问。运用情境，可以促进学生思维训练与应用。在《运动与摩擦力》一课中，学生的思维始于“如何搬运箱子不费劲”，此后围绕这一问题进行探究解决，由此调动学生学习的潜能，主动灵活地建构知识，在掌握科学概念的同时，还能掌握思考的方法。

教学情境重在“引”，通过情境设计将学生引入学科内容的学习。在《运动与摩擦力》一课中，开课创设了指向问题的真实情境——搬箱子。从学生生活中熟悉的搬箱子费劲入手，引导学生认识理解摩擦力的概念，体会阻碍物体运动的摩擦力。第二教师给予学生更多学用结合的机会，通过列举生活中需要增大摩擦的例子，加深“人类对技术的改进是为了满足人类的不同需求”;并且学生通过寻找自行车增大或减小摩擦的地方，思考增大或减小摩擦的原因，解决与现实问题的关联，体现科学的学科价值。

（二）寻找数据 培养证据意识

在寻找怎样搬运重物更加省力时，学生联系古人搬运大石头的场景，推测使用滚木会减小摩擦力，但是科学讲究证据。所以，师生围绕“滑动方式下摩擦力小，滚动方式下摩擦力大”的推测寻找证据。怎样让证据更可靠，要从实验材料及方法入手，尽量排除一切可能干扰实验结果的因素、如接触面的粗糙程度、垫圈大小、垫圈挂法、小车摆放位置等，至于如何去排除这些因素對实验结果的影响，教师要引导学生从现有的实验材料入手，设计实验。实验探究既要培养学生的分析能力、质疑与求实精神，又要培养证据意识与设计控制变量的本质。

证据意识是立身之本，作为获得证据的过程，不是老师直接告知，而是通过做实验获得。证据，必须严谨，能够经得起反复验证。而在实验过程中为什么要这么做去获得数据，是需要老师引导学生去思考的。如在探究小车为何要摆在小框内时，引导学生思考此种做法是为了“排除小车位置不正而带来的其他摩擦力”;垫圈为何要要轻挂轻放，是为了“排除实验操作不规范使得垫圈数量不准确”。

（三）结构组织 提升科学思维

人的工作记忆只有5-9个板块，但是在《运动与摩擦力》这节课中，四维目标共10个。如何在一节课当中，让学生达到学习目标，这就牵扯到“组块化”。“组块化”是将项目组织成熟悉的、有意义的单元，其实，老师在不断修改教学设计的过程中，就是在不断地进行编码，将本节课所涉及的目标编码到一个板块当中，促使学生能够在理解概念的基础上，形成科学概念体系架构，锻炼科学思维。

另外，“组块化”与学生的习得情境息息相关。学习的迁移和保持是教学的重要目的之一。从习得情境迁移到其他情境，“组块化”过程显得尤为重要。如果“组块化”成功，代表着复杂的认知过程发展形成，它们不仅会长期保留在记忆中，还会帮助理解复杂程度较低的教学目标。科学学习不限时间空间，常从课堂延伸至课外，科学概念通过教师编码使得其“组块化”，学生将会拥有更加充分的思考空间，更加科学的思考方式，便于学生迁移运用，解决生活中真实存在的问题。

（四）探索求知 坚持求真精神

在探索知识时，要本着求真的原则，求的是真知识，通过科学方法的验证，去伪存真。

在探究滑动时的摩擦力大小与滚动时的摩擦力大小时，从班级记录表显示来看，每个小组都存在微小的差异，这是不可避免的。有的学生在看到其他小组测出来的垫圈数大多偏向“1”时，会跟风修改数据，认为其他小组的垫圈数都是“1”，而自己小组的垫圈数为“2”，肯定不对。教师此时要引导学生科学是经过实践检验的，而不是随心所欲地修改数据、建构理论与概念。科学研究要以实际出发，面对客观事实，不唯书，不唯上，只唯实。坚持实事求是的严谨态度，追求真理。

（张小迪，四川成都人，硕士，吉林省成都高新区尚阳小学科学教师，研究方向：科学与技术教育。）

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