拱形結構的力量

《拱形的力量》教學案例

一、設計意圖

《新課程標準》要求《科學》課要以科學探究為中心環節的學習方式。探究式教學就必須緊密結合科學知識的學習展開；通過動手動腦、親自實踐，在感知、體驗的基礎上，內化形成。學生的初始想法是科學探究的起點；學生的初始想法可能有局限性甚至錯誤。課堂上，要重視學生探究后的想法與探究前的初始想法進行比較。探究式學習就是要通過深入的探究活動，使學生自己摒棄錯誤的想法，形成正確的認識。學生科學概念建構的過程是怎樣的呢？我就以“拱形的力量”這一課為載體，組織學生進行科學探究活動，對學生在課堂上科學概念的建構過程及學生探究后的想法與探究前的初始想法進行比較和分析。

二、課前學生情況剖析：

學生在學習這課時，有這么幾個知識點作為基點：１、學生已經學習了工具和機械，２、學生已經學習了“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、教學過程

（一）、創設情景、導入新課的實錄

師： ( 出示一張卡紙 )這是一張什么？

生：卡紙條。

師：老師說的是你看到什么現象？

生：這張“紙”有點向下彎了，成了一個拱形。

師：我們常見的拱形都是向上拱起。 （板書：拱形） 如果老師請一名同學在上面放鐵墊圈會怎么樣？

師生演示。（ 請一名學生在上面放鐵墊圈，提醒學生小心翼翼地放。）

師：你們看到什么現象？

生：看到鐵墊圈一放到卡紙上，紙往下凹。

師：這是怎么回事呢？誰能解釋一下這種現象？

生：因為鐵墊圈放上去了嘛。

生：因為鐵墊圈有重量，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，這樣做有點難度，等會兒，同學們還要動動腦筋。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，做一個拱形立在桌子上，然后在上面放鐵墊圈，你們估計可以放幾個鐵墊圈？

生： 2個，3個，4個，5個……

師：這節課，我們就來學習“拱形的力量”。

（二）、自主合作、探究拱形的實錄

1、探究拱形承受壓力

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

（這里我對學生做的拱形提出了明確的要求，并做了強調：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。材料員領材料，學生實驗。）

師：哪一小組愿意把自己組的發現與大家一起分享？

生：我發現這個拱形承載力不夠。

師：拱形承載力不夠是什么意思？

生：就是說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，還有不同發現的嗎？

生：拱形越拱，拱形承受力越大。

師：你是怎么發現這個現象的？

生：我們組的拱形平一點的時候，放兩個鐵墊圈拱形變平了，拱形拱一點的時候放 4個鐵墊圈拱形才變平了。

師：是嗎！這個等會兒還可去好好地研究。

生：我們小組放 5個鐵墊圈，拱形塌了。

師：放 5個拱形塌了，那么這個拱形能承受幾個鐵墊圈呢？

生：能承受 4個鐵墊圈。

師：同學們都有相同的發現，“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，力應該向下，拱形的“拱腳” 怎么會向兩邊伸展呢？誰能解釋一下這種現象？

（學生進入思考狀態）

生：上面的鐵墊圈太重了。

師：對！鐵墊圈有一個向下壓的力量，但是“拱腳”向外伸的這個力是哪里來的？

生：這個力應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”才會向兩邊伸展是吧。

生：是的。

師：的確，拱形受到壓力時，能把壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分，并產生一種外推力。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。

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

2、使拱形承受更大的壓力

師：這張紙平放著，它連一個鐵墊圈都不能承受就塌下去了。把它做成拱形，它可以放幾個鐵墊圈。但是，拱腳卻向兩邊伸展變平了，如果要想放10個鐵墊圈，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：等一會兒，同學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，拱形會不會又變形了呢？又遇到什么問題或情況，你們打算怎么辦？

生：我們自己小組商量、討論，想辦法解決。

師：說得真好！老師為同學們準備了一張記錄單，同學們在實驗時別忘記記錄。注意：“紙拱”的要求跟以前一樣。開始實驗吧！

(邊實驗邊記錄，這是一種科學素養，也是一種實驗的習慣。平時這方面的習慣已養成。)

學生實驗。 （老師巡視指導）

師：哪一小組愿意把自己組的做法及發現與大家一起交流？上講臺實物投影展示。 （要求其他組認真傾聽，及時向他提出問題與建議。）

生 1：我們小組用書擋住“紙拱”的兩邊，在上面放了１２個鐵墊圈時，發現拱形慢慢地向右邊倒塌；我們小組的××同學在“紙拱”的右邊多加了三本書，我們又在上面放了８個鐵墊圈時，又發現拱形慢慢地向左邊倒塌了；我們小組的××同學又在“紙拱”的左邊多加了四本書，結果在上面放了２６個鐵墊圈時，又發現拱形向中間陷下去；我們小組的××同學又在“紙拱”的下邊墊上鉛筆盒，結果我們小組把所有的鐵墊圈都放到“紙拱”上，拱形就不會陷下去了。

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紙拱所承受的力嗎？

生 1：不是。

生 1：開始我們的支撐物沒有接觸到拱面。

生 4：那你的支撐物放在拱形下面有什么用呢？

生 1：當拱形塌下時能撐住。

生 5：那你的拱形已經不能繼續承受更多的壓力了。

師：同學們說的真好！還有哪組有不同的情況嗎？

（學生對于拱形的具體概念認識，還是有些模糊，在老師的追問下，才慢慢地明朗起來）

生1：我們小組用書擋住“紙拱”的兩邊，在上面放了１５個鐵墊圈時，發現拱形有點向左邊倒塌了；于是，我們小組的同學在紙拱的左邊又多加了二本書，在上面放了２２個鐵墊圈時，還是發現拱形向左邊倒塌了。第二次，我們小組的××同學在“紙拱”的兩邊分別用兩根線吊著，結果我們小組把所有的鐵墊圈都放到“紙拱”上，拱形就不會陷下去了。

情境 2

（創設平臺，展現自我。讓學生自行辯答，老師坐在學生的位置上，與學生交換角色，充分體現學生為本的思想）

師：你們在實驗時又有什么重大發現呢？

生：拱形上的鐵墊圈越多，拱形的負擔越大。

生：固定“拱腳”的東西越多，放鐵墊圈的個數也就越多。

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，拱形結構承受壓力性能怎樣 ?

生：拱形結構承受壓力性能好。

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。

（拱形受到壓力時，能把壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分。拱形壓力時會產生外推力，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，拱形結構承受壓力性能怎樣? 要想讓拱形承受更大的壓力，有什么辦法？讓學生邊觀察邊思考，試作出自己的解釋。通過一系列的實驗探究、細致觀察，這課的科學概念雖然學生表達的不是非常具體，清楚，但是已經初步在學生頭腦中形成。很后，通過教師的課件演示解說，科學概念就這樣水到渠成地在學生頭腦中建立了。）

教學反思

本課實驗操作上并沒有什么難度，主要在于引導學生觀察實驗現象，進行思考分析，從而推理得出結論，解決問題。測試紙拱的承重能力，通過在“沒有抵住拱足的紙拱”上放重物觀察，學生非常清楚的認識到拱受壓后，拱腳會向兩邊推，這也為后續教學作下鋪墊，而要使紙拱不垮，就得抵住拱足，這是學生都能想到的。對科學探究活動本質的理解有兩種：（一）科學是知識。強調概念和符號，導向面向知識點的教學；（二）科學是過程。強調動手操作，導向活動和體驗式的教學；現在又有第三種理解：科學是解釋。強調動手過程中的思考，使學生的學習過程變成不斷建立科學概念，修正自己原有經驗的過程。本課就基于第三種理解，讓學生在動手過程中思考，慢慢建立“認識拱形結構和拱形結構承受壓力比橫梁要強的特點。拱形受到壓力時，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會產生外推力，如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受巨大的壓力”這個科學概念。這課的科學概念，我把它分成三個層次。

層次一 ：認識拱形結構和拱形結構承受壓力比橫梁要強的特點。

層次二 ：認識拱形結構和拱形結構承受壓力比橫梁要強的特點。拱形受到壓力時，能把向下壓的力向下和向外傳遞給相鄰的部分，拱腳會向兩邊伸。

層次三 ：拱形受到壓力時，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會產生外推力，如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受巨大的壓力。

通過課堂教學，學生科學概念分析如下：第一層次的科學概念，六年級學生在學習本課之前已經有這個前概念，不過有點模糊；通過這一課的學習，課后學生都已建立該科學概念。第二層次的科學概念，學生科學探究活動時比較投入，活動難度不高又很直觀，加上課件演示解說，第二層次的科學概念所教班級學生基本建立。第三層次的科學概念，課后學生都能理解并能分析。