《摆的研究》教材分析及教学体会 小学科学五下

中心小学    费许峰

各位老师，下午好：

首先感谢教研室陶老师和场口镇小为我们搭建这样一个平台让我们共同学习，我也很高兴，今天能有这么一些时间跟大家一起共同进步，同时我也很惶恐，因为今天在座的都是我的前辈，甚至是前辈的前辈。大家或许比我从事科学教育有更长的时间，更多的经历和更丰富的经验。所以今天我的发言谈不上什么讲座，只是把自己平时在工作中的一些经验与思考、一些问题与困惑和大家一起进行探讨；只是把今天上午的《摆的研究》这一课在备课过程中的一些经历和思考，上课过程中的一些遗憾和课后的一些反思跟大家作一个商榷，希望能让自己有所收获，也希望大家听了以后能给点意见和建议，不至于浪费了大家宝贵的时间。

我今天上的课题是《摆的研究》，教材是新教科版科学五年级下册第三单元第六课。我首先把这一单元和这一课 作一个简要的介绍和分析。这一单元安排的教学内容是时间的测量，本单元的学习主要是让学生使用一些测量时间的重要设备做实验，从太阳钟、水钟到机械摆钟等等的制作过程中，了解人类计时仪器的发展史，认识技术对人类社会发展的作用。

教学内容大致是这样安排的：

第一课是“时间在流逝”，主要让学生对某一个时间段进行估计和感受。

第二到五课，“太阳钟”、“用水测量时间”、“我的水钟”和“机械摆钟”，分别引导学生讨论和思考日晷、水钟和摆钟的构造和原理。

第六到八课：“摆的研究”、“做一个钟摆”和“制作一个一分钟计时器”则指导学生对摆钟的制造原理和设计进行了更为深入的研究和探索。

时间是一种看不见、摸不着的事物，时间运动的轨迹，是根据其他物体的有规律运动的轨迹来记录的。所以，本单元学习“时间的测量”的过程，从某种意义上说，也是对“事物有规律运动”的认识活动过程。

具体到第六课《摆的研究》，是让学生通过测量不同的摆的摆动次数，并从中发现，不同的摆在相同的时间内摆动的次数可能不一样。有的摆摆的快，有的摆摆的慢。从而发现问题：即为什么在相同时间内不同的摆摆动次数会不一样呢？之前学生已经观察过自己的摆，再结合第五课学过的知识，有些学生会联想到摆的快慢可能会与摆锤的重量、摆线的长度和摆幅的大小等因素有关。进而根据这个联想进行有关的思考和研讨，设计相关的实验去验证自己的猜测。在探究的过程中逐步排除一些猜测，修正自己的想法。这一节课，学生要测量不同重量摆锤的摆和不同长度摆绳的摆在15秒内摆动的次数。并通过对数据的分析发现影响摆的快慢的唯一因素只是摆绳的长短。

我在备课过程中，对本课的概括分析是：提出猜测→讨论方法→开展实验→分析数据→总结结论。这堂课是非常典型的科学探究型学习课。内容大致上分两部分，第一部分是用摆做实验。第二部分是摆的快慢与什么因素有关。

这堂课我设计的课堂教学主要是三个环节。

第一环节是复习引入，让学生在这个环节主要回忆两个要点，一是“同一个单摆，每分钟摆动的次数是一样的”，二是摆的结构，其目的主要是为了下一步发现问题和有针对性的表述问题打下基础。

第二环节是新课的学习，也是这节课学习的核心，是探究进行的主要过程，这一环节主要由四个活动构成，一是进行一个简单的实验，发现“不同的摆在相同时间内摆动次数是不一样的”这一事实，使之与“同一个单摆，每分钟摆动的次数是一样的”产生冲突，从而引发思考，产生问题。二是根据这个基础，发现问题，作出假设，让学生提出各种可能的猜测，试图找出可能影响摆摆动快慢的因素。三是再在这一基础上去商讨实验的方法和应该注意的事项。四是实践动手操作的环节，即根据之前的猜测和实验设计，开展积极的验证活动，记录并分析数据，最后得出一个科学的结论。

第三环节是探究摆的快慢与什么有关，这一活动是在第二环节基础上的深化。这个环节出示的是两个摆线一样长而摆锤不一样长的摆。教材引导学生猜测两个摆摆动速度快慢，大多数学生会认为这两个摆的摆线一样长，速度应该是一样的。但是通过实验后却发现速度不一样，这样与刚才所得到的结论又发生了冲突，这会使学生很费解，这样的设计是为了让学生理解摆绳的长度不等于摆的长度。使科学的认知更加精细化。本环节的最后一个活动是一个实践性的小竞赛，其根本的意义是让学生把学到的知识应用到实际中去，并加以理解的深化。通过竞赛这种学生比较喜好的形式，力求达到更好的效果。

接下来我把备课过程中遇到和想到的一些细节跟大家商议一下。

第一是真正的摆钟，说实话，现在这样的摆钟已经比较难找了，甚至连网上要找一张老式摆钟的清晰的图片都比较困难了。即使有真的摆钟，由于其体积较大，搬运不方便，拿到课堂上是不太现实的。事实上也确实有很多学生根本没有看到过摆钟，所以在思维表象上缺少基础，会在一定程度上影响理解。市场上能找到一些小型的摆钟，但是事实上那并不是真正意义上的摆钟，只不过是在电子表的下面加装了一个装饰性的摆锤。所以我没有采用，因为那是伪科学。所以我在实际的课堂当中是制作了一个FLASH的动画，我觉得这样的卡通图案或许更能引起学生的注意，尤其是动态的摆锤，可以使学生数的更准确一些。不知道大家对这个问题有什么看法？

第二是关于摆线，我找了很多种材料，比如红色的毛线、白色的细棉纱线，也进行了实验，发现他们都有缺点，比如毛线在实验的过程中摆锤容易打转，而棉线又不利于固定。最后选择了尼龙绳撕开的细线，经过实验以后发现稍微好一些，但是仍然不理想，一方面是强度不够，稍微用力的话容易断，另一方面这些线的粗细是不一样的，如果有学生提出可能和摆线的粗细有关的这种猜测的话需要处理。我预想当中的设计是如果有小组提出来，那么就请这个小组来做这个实验，验证自己的猜测。并把结果和大家共享。但这样无疑剥夺了他们进行其他实验的权力，因为时间上不允许。但我最后决定还是用这个线，学生如果真的很细心提出来了，我倒觉得不失为一个可以开发的课堂生成。科学学习不就是需要这样的质疑精神和细微的观察、缜密的思考吗？不就是需要培养这种探究精神吗？或许这样做在某种程度上，会让课堂略为离开一点课堂的主题，甚至造成教学任务的顺利完成。不过我个人认为这样的课堂意外怎样去处理还是值得研究的。不知道大家对这个问题怎么看，欢迎大家探讨。不知道大家在实验中用了什么线能使实验效果更好？如果有的话也请多多指教。

第三是关于摆锤，我也尝试了很多材料，比如螺帽、硬币、橡皮泥配重、垫片等，但最终选择了钥匙和钩码。螺帽在做单个的摆的实验的时候是可以的，效果也不错，但是要实现2倍或者3倍重量的时候，实验效果不理想，硬币用铁钉钻动以后效果倒是不错，但是我考虑到破坏人民币这种负面的教育影响最终也否定了，橡皮泥配重，重量不容易掌握，操作起来费时间，或许会浪费时间还出不了实验效果，也否定了，后来选择了垫片，效果不错，但遗憾的是没有找到那么多规格一样的垫片，最终只好退而求其次，选择了没有做的钥匙来做摆锤，发现实验效果还可以。而且学生对这个东西也熟悉，容易表达。

第四是实验误差与计次误差的问题，这是实验中最难解决的问题，有的是学生开始数的时机控制问题，有可能会相差半次，有的可能会是实验过程中摆线松动造成次数不一样，也有的可能是摆锤打转造成摆的次数偏差，尽管给了学生提示，但是仍然会有一部分学生掌握不好实验操作的精确性问题，仍然有待指导，需要提高。

第五是实验表格设计的问题，我也是设计了3遍，其实一张清爽的能给学生带来参考意义又便于分析的表格是很重要的，表格的设计，实际上也是实验能力的很重要一部分，当然这里我也在思考，这样会不会也把学生的思维框死了？到这里我也明白了一句话，那就是教学永远是一门遗憾的艺术，这里希望大家能多给一些建议，争取让这门遗憾的艺术尽可能接近完美。

第六是摆线上钩子的设计和夹子的使用。我一开始也在考虑这个钩子和夹子该不该用，怎么用，用什么材料来做。后来经过比较，还是用了，虽然从一定程度上取消了学生用手去下系重物这个动手操作的机会。但总的来讲，有益的作用更多一些。一是使摆锤轻重的变化变的非常容易，节省了实验时间，保证了实验的顺利完成。二是避免了在改变摆锤重量的同时也改变了摆线的长度，从而造成次数的变化。三是夹子的使用使摆线长短的变化变的比较容易，且绑线方式不变，尽可能的避免了误差。

最后，谈一点对这堂课的反思。

首先，材料要“注重细节”

你们不知有没有发现，我对材料做了“手脚”，加了一个夹衣服的夹子可以灵活控制摆长，摆长的改变其实在我们以往实验时常常让学生解下来，按照需要的长度再系上……。这样学生不但控制不好长度，又费时间，而且不同的系法会影响摆的状态，产生微小的误差。遗憾的是，办法总是要老师去想，如果学生能发现其中的问题，并且提出改进的方法，那么我们的科学教育才是真正的落到了实处。

材料在科学课程中有着非常重要的地位。有时它的作用甚至超过书本。我们无法想像一堂没有材料的科学课将是怎么样的。材料是学生解决科学问题，获得科学知识、提高探究能力的基本载体，是学生感受科学与生活的联系，体验科学价值的重要资源。在探究学习中，教师为学生提供合适的材料是学生进行探究学习的基础和关键。比如平时捡的饮料瓶，可以用来做水钟、做生态瓶等，有时候学校维修电器剩下的电线又可以拿来做热传递的对比实验等。这样可以让学生更深刻的体会到，其实科学就在身边，很多事情只要做个有心人，自己也能发现很多科学原理。所以科学老师平时更应该做一个有心之人，处处留心。这让我想起一个同行曾经讲过的一句话，她自我嘲笑说自己是捡破烂的，办公室里总是会放着很多“垃圾”。其实做好一个科学老师，我觉得真的是“功夫在课堂之外”。

“科学课是由一个个观察、研究、认识周围事物和周围环境的探究活动组成的。学习科学，就是去经历一个个的观察、研究、认识活动。”并不是所有的活动都可以成为科学探究活动，并不是所有的科学探究活动都可以成为科学课的活动。科学课和科学教材的活动，应该是学习主体层面上具有足够的发展意义，教学活动层面上具有足够的效率的科学探究活动。同样，科学课活动的材料来源于生活，但并不是所有的材料都是那么容易让学生直接进行探究的。所以我们必须思考怎么样让材料使学生有能力去探索问题，解决问题，获取新知。

其实对科学课中材料的探索是大有文章可做的。虽然我们有工具包和相应的实验器材，工具包为我们提供了很好的材料，节省了大量的准备材料的时间。它为科学课的顺利开展创造了非常有利的条件。但是我们在课堂中对材料的选择并不能局限于工具包和现成的实验器材。像今天，我们还可以把原来老教材沉浮实验中的材料利用起来,铁块、木块、塑料块，一个小水桶，放入不同的材料块，重量改变长度不增。可惜的是我们学校这些材料都不齐全了，所以没有使用。

其次，教材“关注变化”

教材妥当地回避了摆幅的问题，不刻意去彰显它。原教材三个因素，时间来不及，难度也大，——修订版教材，二个因素，回避了摆幅。这点我觉得是非常好的。一，降低了要求，把时间腾出来更好的研究两个因素，更加实在。二、测量摆的快慢，相关因素很多，误差相对容易偏大，减少一个因素，就是减少一个变量，虽然这个变量还是客观存在的，但因为与摆速是不显著相关的，所以回避后更容易让学生理清思路，把关注点放在两个变量和减小误差上。三、摆幅本身就是一个变化着的因素，第一次来回与第二次来回肯定是不一样的。有阻尼。很难想像一个本身在变化着的量，如何作为变量测定。事实上，在高中的物理中，我们所说的规律，是有前提的，那就是摆幅在小于五度时是成立的。小于五度单摆叫简谐运动，在简谐运动时，（θ＜5°)，振动周期跟摆长的平方根成正比,跟重力加速度的平方根成反比。单摆的振动周期跟振幅的大小没有关系。即在 θ＜5°的前提下，单摆的振动周期都相同。单摆才具有等时性与周期性，也就是幅度越大，摆的速度越快，这样才能相同时间内摆的次数一样。超过这个度数，规律就不一定了。这样看来原来教材把摆幅作为变量来考虑就不太科学了，但这个因素是客观存在的，所以摆幅作为前提条件还是需要关注的，这就是小于5度，也就是在5度下摆幅与摆快慢无关，但5度下摆起来就有难度了，不直观。所以教材采用回避的办法是可取的。当然，在上课的过程中，仍然可能会有一部分学生提出这样的猜测，老师同样应该重视选择怎样的方法去规避。我的做法是在前一节课上课的时候就把这个内容渗透认识掉了，这样就可以避免在这堂课造成容量过大无法完成的现象。但作为我们老师心里要有数的，心中要有这个前提，要尽量的接近这个前提。因此我们小学阶段的其实是很粗糙的，科学概念是需要在以后的科学学习中逐步的严密起来的。

其实当我们去思考从原教材到修订版的变化时，为什么要删掉这个，增添那个，就是在一步一步的走进教材。

第三，活动要体现出 “科学味”

什么是科学？对科学的本质界定，有不少不同的理解，我认同的有这样二点：第一，科学是一种实证的系统。第二，科学的结论是符合逻辑的。

    实证意识：即科学是讲求证据的，科学的结论可以经得起证实，实证意识即是思想文化的一种形式，也是科学方法论的重要内容。本堂课学生所有活动直接指向搜集证据。通过数据的获得，数据的分析，支撑结论的产生。

    逻辑思维：即科学都是符合逻辑的，科学的结论经得起实证的检验，也经得起逻辑的检验。逻辑性思维：建立证据和解释之间的关系，学生得出这些摆的次数的数据作为证据，去分析，解释，得出结论，是这种意识培养的反映。

  今天的课也有遗憾之处。本堂课就科学概念来说很简单，也许用不了十五分钟就能弄清楚，但是承载在过程中的是一种数据分析、误差分析能力的培养。今天我们看到，小组展示的数据是有着明显的差异的。13.5、15、16次摆动，于是老师就说“找一个合适的吧！15次。”什么叫“合适的”？数据的差异我们不能视而不见，这个误差是事实，我们就不能回避，它是客观存在的。虽然大部分学生的知识水平还没有达到“误差是实验条件局限带来的必然结果”这一层次，所以从“实事求是是科学态度与价值观的核心”及学生发展的角度来看，随便“找一个合适的”，是一种说教，并不是一种好方法。过程正确与结果正确至少同样重要。我们传递给学生的是否是科学的思维方式，是否是在强势的结论和当前面对的事实之间应该保持的科学态度，是至关重要的。

其实面对这种情况有两种路都可以走，一种就是给学生一种理念，找合适数据，就是取相对重数，如15、15、14，就取15 比较好，然后分析不一样的那次可能的原因；或者找合适数据，也可以平均数等； 另一种就是把正堂课上成是分析数据，逐步缩小误差的一个探究过程。以数据分析，误差分析为主线贯穿课堂。如果我以后再要去上这堂课，不妨换这思路上上。《摆的研究》是在时间单元的一课，前面几课是《用阳观测时间》《用水计时》《做一个水钟》……《调整钟摆》《摆的研究》……。    仔细去看整个单元课文布局其实就是计时工具产生、逐步精确的过程。从历史的发展来看，计量时间的工具产生有一个过程，人们先是使用日晷、水钟等误差很大的工具计时，这也就是本单元前几节课涉及的内容，为了减小误差，人们不断的探索，摆的出现大大的满足了这个需要，用摆来计量时间具有划时代的意义。摆出现以后才有了比较精确的计时工具，后来机械表、电子表出现了。所以时间单元本身就隐含着人类在时间计量上，不断追求减小误差经历的线索。所以位于这一单元的《摆的研究》一课，也可以把它放在整个过程中的一部分，一段历程，用不断减小摆的误差作为这一堂课的脉络贯穿。摆的快慢与摆长有关，得出这个结论不是终极目标，而在测量摆时从控制变量——数据分析——误差分析——调整再测。让学生经历一个不断减小误差，接近正确值的过程。锻炼他们在科学探究中严谨的思维方式与行为习惯。

其次，我觉得还是要尽量淡化教的痕迹，加强学的空间。

个人理解，不当之处请批评指正。

注：以上反思基于在自己校内的试教结果。