《拱形的力量》教學(xué)案例

一、設(shè)計(jì)意圖

《新課程標(biāo)準(zhǔn)》要求《科學(xué)》課要以科學(xué)探究為中心環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)方式。探究式教學(xué)就必須緊密結(jié)合科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)展開；通過(guò)動(dòng)手動(dòng)腦、親自實(shí)踐，在感知、體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，內(nèi)化形成。學(xué)生的初始想法是科學(xué)探究的起點(diǎn)；學(xué)生的初始想法可能有局限性甚至錯(cuò)誤。課堂上，要重視學(xué)生探究后的想法與探究前的初始想法進(jìn)行比較。探究式學(xué)習(xí)就是要通過(guò)深入的探究活動(dòng)，使學(xué)生自己摒棄錯(cuò)誤的想法，形成正確的認(rèn)識(shí)。學(xué)生科學(xué)概念建構(gòu)的過(guò)程是怎樣的呢？我就以“拱形的力量”這一課為載體，組織學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)，對(duì)學(xué)生在課堂上科學(xué)概念的建構(gòu)過(guò)程及學(xué)生探究后的想法與探究前的初始想法進(jìn)行比較和分析。

二、課前學(xué)生情況剖析：

學(xué)生在學(xué)習(xí)這課時(shí)，有這么幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)作為基點(diǎn)：１、學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了工具和機(jī)械，２、學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“形狀與抗彎曲能力”這一課，知道改變形狀抗彎曲能力得到大大地提高。

三、教學(xué)過(guò)程

（一）、創(chuàng)設(shè)情景、導(dǎo)入新課的實(shí)錄

師： ( 出示一張卡紙 )這是一張什么？

生：卡紙條。

師：老師說(shuō)的是你看到什么現(xiàn)象？

生：這張“紙”有點(diǎn)向下彎了，成了一個(gè)拱形。

師：我們常見(jiàn)的拱形都是向上拱起。 （板書：拱形） 如果老師請(qǐng)一名同學(xué)在上面放鐵墊圈會(huì)怎么樣？

師生演示。（ 請(qǐng)一名學(xué)生在上面放鐵墊圈，提醒學(xué)生小心翼翼地放。）

師：你們看到什么現(xiàn)象？

生：看到鐵墊圈一放到卡紙上，紙往下凹。

師：這是怎么回事呢？誰(shuí)能解釋一下這種現(xiàn)象？

生：因?yàn)殍F墊圈放上去了嘛。

生：因?yàn)殍F墊圈有重量，卡紙承受不了就凹下去了。

師：是呀 !鐵墊圈有一種向下壓的力量 （板書：力量）。如果老師把紙條做成這樣的形狀，這樣做有點(diǎn)難度，等會(huì)兒，同學(xué)們還要?jiǎng)觿?dòng)腦筋。知道這樣的形狀叫什么嗎？

生：拱形。

師：你們也像老師一樣不借助任何物體，做一個(gè)拱形立在桌子上，然后在上面放鐵墊圈，你們估計(jì)可以放幾個(gè)鐵墊圈？

生： 2個(gè)，3個(gè)，4個(gè)，5個(gè)……

師：這節(jié)課，我們就來(lái)學(xué)習(xí)“拱形的力量”。

（二）、自主合作、探究拱形的實(shí)錄

1、探究拱形承受壓力

師：想不想試一試？同學(xué)們像老師一樣做一個(gè)拱形， 就這樣中間空的，紙的兩邊立在桌上，然后在上面放鐵墊圈，看看你們有什么發(fā)現(xiàn)？

（這里我對(duì)學(xué)生做的拱形提出了明確的要求，并做了強(qiáng)調(diào)：做的紙拱中間空的，紙的兩邊立在桌上，不能借助其他物體幫助。材料員領(lǐng)材料，學(xué)生實(shí)驗(yàn)。）

師：哪一小組愿意把自己組的發(fā)現(xiàn)與大家一起分享？

生：我發(fā)現(xiàn)這個(gè)拱形承載力不夠。

師：拱形承載力不夠是什么意思？

生：就是說(shuō)拱形抗彎曲能力不夠好，放上墊圈馬上塌了。

師：你觀察的真仔細(xì)，還有不同發(fā)現(xiàn)的嗎？

生：拱形越拱，拱形承受力越大。

師：你是怎么發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的？

生：我們組的拱形平一點(diǎn)的時(shí)候，放兩個(gè)鐵墊圈拱形變平了，拱形拱一點(diǎn)的時(shí)候放 4個(gè)鐵墊圈拱形才變平了。

師：是嗎！這個(gè)等會(huì)兒還可去好好地研究。

生：我們小組放 5個(gè)鐵墊圈，拱形塌了。

師：放 5個(gè)拱形塌了，那么這個(gè)拱形能承受幾個(gè)鐵墊圈呢？

生：能承受 4個(gè)鐵墊圈。

師：同學(xué)們都有相同的發(fā)現(xiàn)，“紙拱”的“拱腳”有什么變化？

生：很快就向兩邊伸展開了。

師：鐵墊圈是上面放下去的，力應(yīng)該向下，拱形的“拱腳” 怎么會(huì)向兩邊伸展呢？誰(shuí)能解釋一下這種現(xiàn)象？

（學(xué)生進(jìn)入思考狀態(tài)）

生：上面的鐵墊圈太重了。

師：對(duì)！鐵墊圈有一個(gè)向下壓的力量，但是“拱腳”向外伸的這個(gè)力是哪里來(lái)的？

生：這個(gè)力應(yīng)該是鐵墊圈引起的吧？拱形可以把它平分成兩邊。

師：你的意思是：鐵墊圈向下壓的力傳向兩邊，所以，“拱腳”才會(huì)向兩邊伸展是吧。

生：是的。

師：的確，拱形受到壓力時(shí)，能把壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分，并產(chǎn)生一種外推力。這樣的“拱”幾乎承受不了什么壓力，一受到壓力拱就伸展開了。

（讓學(xué)生經(jīng)歷這樣一個(gè)過(guò)程，目的是讓他們發(fā)現(xiàn)拱在受壓力時(shí)，“拱腳 ” 有向兩邊推的力。這個(gè)力是哪里來(lái)的呢？讓學(xué)生作出初步解釋，目的很明確：了解學(xué)生的初始想法。教材的安排是學(xué)生探究完后才讓學(xué)生去嘗試的呢？讓學(xué)生作出初步解釋，目的很明確：了解學(xué)生的初始想法。教材的安排是學(xué)生探究完后才讓學(xué)生去嘗試解釋，我覺(jué)得這樣不大連貫。學(xué)生已經(jīng)發(fā)現(xiàn)“拱腳 ” 向兩邊伸展的現(xiàn)象，我覺(jué)得在這里讓學(xué)生作出解釋是明智的，有效的，合理的。從學(xué)生的回答情況看，在這里學(xué)生也的確能夠回答。學(xué)生還得出一個(gè)科學(xué)原理：拱形越拱，拱形承受力越大。在這堂課之前，學(xué)生只知道拱形承受力大。通過(guò)探究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)科學(xué)道理。）

2、使拱形承受更大的壓力

師：這張紙平放著，它連一個(gè)鐵墊圈都不能承受就塌下去了。把它做成拱形，它可以放幾個(gè)鐵墊圈。但是，拱腳卻向兩邊伸展變平了，如果要想放10個(gè)鐵墊圈，甚至更多，“紙拱”的形狀依然保持不變，有什么辦法？

生：要在拱形的兩邊放些支撐物。

師：你的意思老師聽(tīng)清楚了，就是在兩邊放些東西把它抵擋住，是吧？

生：嗯。

師：你打算用什么東西抵住拱形的拱腳。

生：用書。

生：用鉛筆盒。

生：用手。 ………………

師：等一會(huì)兒，同學(xué)們就把你們做的拱形的拱腳兩邊分別用一本書抵住。但是，不停地在上面放鐵墊圈，拱形會(huì)不會(huì)又變形了呢？又遇到什么問(wèn)題或情況，你們打算怎么辦？

生：我們自己小組商量、討論，想辦法解決。

師：說(shuō)得真好！老師為同學(xué)們準(zhǔn)備了一張記錄單，同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)別忘記記錄。注意：“紙拱”的要求跟以前一樣。開始實(shí)驗(yàn)吧！

(邊實(shí)驗(yàn)邊記錄，這是一種科學(xué)素養(yǎng)，也是一種實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣。平時(shí)這方面的習(xí)慣已養(yǎng)成。)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)。 （老師巡視指導(dǎo)）

師：哪一小組愿意把自己組的做法及發(fā)現(xiàn)與大家一起交流？上講臺(tái)實(shí)物投影展示。 （要求其他組認(rèn)真傾聽(tīng)，及時(shí)向他提出問(wèn)題與建議。）

生 1：我們小組用書擋住“紙拱”的兩邊，在上面放了１２個(gè)鐵墊圈時(shí)，發(fā)現(xiàn)拱形慢慢地向右邊倒塌；我們小組的××同學(xué)在“紙拱”的右邊多加了三本書，我們又在上面放了８?jìng)€(gè)鐵墊圈時(shí)，又發(fā)現(xiàn)拱形慢慢地向左邊倒塌了；我們小組的××同學(xué)又在“紙拱”的左邊多加了四本書，結(jié)果在上面放了２６個(gè)鐵墊圈時(shí)，又發(fā)現(xiàn)拱形向中間陷下去；我們小組的××同學(xué)又在“紙拱”的下邊墊上鉛筆盒，結(jié)果我們小組把所有的鐵墊圈都放到“紙拱”上，拱形就不會(huì)陷下去了。

情境 1

生 2：下面有支撐物還是拱形嗎？

生 1：是的。

生 3：下面有支撐物了還是這個(gè)紙拱所承受的力嗎？

生 1：不是。

生 1：開始我們的支撐物沒(méi)有接觸到拱面。

生 4：那你的支撐物放在拱形下面有什么用呢？

生 1：當(dāng)拱形塌下時(shí)能撐住。

生 5：那你的拱形已經(jīng)不能繼續(xù)承受更多的壓力了。

師：同學(xué)們說(shuō)的真好！還有哪組有不同的情況嗎？

（學(xué)生對(duì)于拱形的具體概念認(rèn)識(shí)，還是有些模糊，在老師的追問(wèn)下，才慢慢地明朗起來(lái)）

生1：我們小組用書擋住“紙拱”的兩邊，在上面放了１５個(gè)鐵墊圈時(shí)，發(fā)現(xiàn)拱形有點(diǎn)向左邊倒塌了；于是，我們小組的同學(xué)在紙拱的左邊又多加了二本書，在上面放了２２個(gè)鐵墊圈時(shí)，還是發(fā)現(xiàn)拱形向左邊倒塌了。第二次，我們小組的××同學(xué)在“紙拱”的兩邊分別用兩根線吊著，結(jié)果我們小組把所有的鐵墊圈都放到“紙拱”上，拱形就不會(huì)陷下去了。

情境 2

（創(chuàng)設(shè)平臺(tái)，展現(xiàn)自我。讓學(xué)生自行辯答，老師坐在學(xué)生的位置上，與學(xué)生交換角色，充分體現(xiàn)學(xué)生為本的思想）

師：你們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)又有什么重大發(fā)現(xiàn)呢？

生：拱形上的鐵墊圈越多，拱形的負(fù)擔(dān)越大。

生：固定“拱腳”的東西越多，放鐵墊圈的個(gè)數(shù)也就越多。

生：“紙拱”比平的紙承受的力量大多了。

生：“拱腳”兩邊支撐的東西越多、越高，可以放的鐵墊圈就越多，承受的力量就越大。

生：拱形兩邊的“拱腳”支撐的物品的重量越重，拱形承受力也越大。

生：拱形能承受巨大的壓力。 ……

師： 與橫梁相比較，拱形結(jié)構(gòu)承受壓力性能怎樣 ?

生：拱形結(jié)構(gòu)承受壓力性能好。

師：為什么？

生：拱形能把向下的壓力分散，向下和向外傳出去。

師：要想讓拱形承受更大的壓力，有什么辦法？

生：多用幾張紙。

生：讓拱形更拱。

生：兩邊放很多很多的書，把向兩邊伸展的力抵擋住。

師：課件演示解說(shuō)。

（拱形受到壓力時(shí)，能把壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分。拱形壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生外推力，如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受巨大的壓力）

（拱為什么這么有“力量” ? 與橫梁相比較，拱形結(jié)構(gòu)承受壓力性能怎樣? 要想讓拱形承受更大的壓力，有什么辦法？讓學(xué)生邊觀察邊思考，試作出自己的解釋。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)探究、細(xì)致觀察，這課的科學(xué)概念雖然學(xué)生表達(dá)的不是非常具體，清楚，但是已經(jīng)初步在學(xué)生頭腦中形成。很后，通過(guò)教師的課件演示解說(shuō)，科學(xué)概念就這樣水到渠成地在學(xué)生頭腦中建立了。）

教學(xué)反思

本課實(shí)驗(yàn)操作上并沒(méi)有什么難度，主要在于引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行思考分析，從而推理得出結(jié)論，解決問(wèn)題。測(cè)試紙拱的承重能力，通過(guò)在“沒(méi)有抵住拱足的紙拱”上放重物觀察，學(xué)生非常清楚的認(rèn)識(shí)到拱受壓后，拱腳會(huì)向兩邊推，這也為后續(xù)教學(xué)作下鋪墊，而要使紙拱不垮，就得抵住拱足，這是學(xué)生都能想到的。對(duì)科學(xué)探究活動(dòng)本質(zhì)的理解有兩種：（一）科學(xué)是知識(shí)。強(qiáng)調(diào)概念和符號(hào)，導(dǎo)向面向知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)；（二）科學(xué)是過(guò)程。強(qiáng)調(diào)動(dòng)手操作，導(dǎo)向活動(dòng)和體驗(yàn)式的教學(xué)；現(xiàn)在又有第三種理解：科學(xué)是解釋。強(qiáng)調(diào)動(dòng)手過(guò)程中的思考，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程變成不斷建立科學(xué)概念，修正自己原有經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程。本課就基于第三種理解，讓學(xué)生在動(dòng)手過(guò)程中思考，慢慢建立“認(rèn)識(shí)拱形結(jié)構(gòu)和拱形結(jié)構(gòu)承受壓力比橫梁要強(qiáng)的特點(diǎn)。拱形受到壓力時(shí)，能把向下壓的力向下和向外傳遞給相鄰的部分。拱形各部分受到壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生外推力，如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受巨大的壓力”這個(gè)科學(xué)概念。這課的科學(xué)概念，我把它分成三個(gè)層次。

層次一 ：認(rèn)識(shí)拱形結(jié)構(gòu)和拱形結(jié)構(gòu)承受壓力比橫梁要強(qiáng)的特點(diǎn)。

層次二 ：認(rèn)識(shí)拱形結(jié)構(gòu)和拱形結(jié)構(gòu)承受壓力比橫梁要強(qiáng)的特點(diǎn)。拱形受到壓力時(shí)，能把向下壓的力向下和向外傳遞給相鄰的部分，拱腳會(huì)向兩邊伸。

層次三 ：拱形受到壓力時(shí)，能把向下壓的力向下和向外傳遞給相鄰的部分。拱形各部分受到壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生外推力，如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受巨大的壓力。

通過(guò)課堂教學(xué)，學(xué)生科學(xué)概念分析如下：第一層次的科學(xué)概念，六年級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)本課之前已經(jīng)有這個(gè)前概念，不過(guò)有點(diǎn)模糊；通過(guò)這一課的學(xué)習(xí)，課后學(xué)生都已建立該科學(xué)概念。第二層次的科學(xué)概念，學(xué)生科學(xué)探究活動(dòng)時(shí)比較投入，活動(dòng)難度不高又很直觀，加上課件演示解說(shuō)，第二層次的科學(xué)概念所教班級(jí)學(xué)生基本建立。第三層次的科學(xué)概念，課后學(xué)生都能理解并能分析。