拱形的力量

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引领有效探究 建构科学概念
——《拱形的力量》课堂教学设计
1、 引言
随着课程改革的不断深入，“科学学习要以探究为核心”这一理念已被我们所接受、认可和实施。在探究式学习中，学生的科学概念、探究能力和情感态度价值观三维目标是同步发展的。在平时的教学中，我们有时会过于注重对过程与方法的训练，而忽略了科学概念的建构，出现了“风过无痕”的现象。那么，在涉及到需要建构科学概念的探究课型教学中，怎么处理“探究”和“概念”这两者之间的关系呢？基于这一关系的思考，我尝试设计了《拱形的力量》一课。
二、教材分析
《拱形的力量》是教科版科学六年级上册第二单元《形状与结构》的第三课，它是在前面学生已经了解到：改变材料的厚度和形状会增强抗弯曲能力的基础上，来认识一种在生活中应用广泛的形状——拱形。广义的拱形结构包括所有的弧形，而在小学阶段，我们采用狭义的称呼，研究的是单一的拱、或是圆顶形、球形这样的拱形组合。
三、设计意图
苏霍姆林斯基说过：“人的内心总有一种根深蒂固的需求——总感到自己是一个发现者、研究者、探索者。在儿童的精神世界里，这种需求尤其强烈。”关于拱形结构，六年级的学生在语文课堂上学习过课文《赵州桥》，已经有拱形可以承受比横梁更大的压力这样一个前概念，个别学生甚至还知道拱桥受力的原理，但他们接受的都是间接的理论信息，而不是通过自己探究后思维内化形成的科学概念。
那么如何促进和发展学生的深层理解力，既让他们形成科学概念，又培养科学素养，我想：给孩子一杯水，不如让孩子自己去寻找一滴水。在教学中，我以老师的动手操作为主，学生的直观演示、设疑诱导为辅。为了让探究活动做的更深、更透、更扎实，我将教材上的几个小活动整合成两大探究活动：1、拱桥和平桥承受压力的比较。2、使拱形承受更大的压力。围绕“在活动情境中发现问题，在动手操作中研究问题，在交流辩论中解决问题”这样一个思路来展开教学。
1、提供有结构的材料，创设开放性的探究空间。
“如何让拱承受更大的压力”这个活动是教学的重点。教材安排的是利用两本科学书支撑拱脚，再延伸到用多本科学书支撑，旨在比较支撑重物对拱所能承受压力大小的影响。但我做了多次实验，发现两边各放一本科学书已能非常牢固地支撑拱形，拱脚两边各放一本科学书和多本科学书的结果没什么显著变化。因此，我对材料进行了调整，给学生出示：螺帽（与之对应的是2×18厘米的纸条），小木块（对于的是8×18厘米的纸条）。调整后的活动更具开放性，对学生思维的挑战更大，比如用螺帽抵住拱脚，怎么抵？方法有很多，学生必须要从中选一种他们认为最佳的方法。这样，他们在形成“拱形”概念的同时还认识到了“科学与技术”结合的力量。
2、设计关键问题，促进学生探究活动的层层推进和思维的卷入。
我在整个教学过程中精心设计了一些关键性的问题，很好的连接了各个教学环节，使其自然过渡。比如，第一环节：在对比观察平桥和拱桥受力情况与形状后，我提出：现在请同学们再轻轻地放一个，会出现什么情况呢？自然把学生的目光和思考的焦点集中在了拱形受力情况和形状变化之间的关系上，自然进入下一实验活动。
第二环节：与横梁相比较，拱形结构承受压力的性能怎样 （找证据解释）
第三环节：“纸拱”向两边伸展，你能解释这种现象吗？ （找证据解释） 有什么办法让拱桥承受更大的压力呢？自然进入“挑战任务”环节，上下过渡自然，学生思维连贯。　　
总而言之：科学不是简单的陈述概念和揭示自然规律，更为重要的是教会学生自己学习，找到研究自然现象、发现自然规律的方法和途径，带领他们去发现、探索、体验、感悟科学学习的魅力！
四、教学目标
科学概念：拱形可以通过材料向下和向外传递承受的压力，所以能够能够承受较大的压力。
过程与方法：能根据拱形结构的形变来分析受力的状况。
情感、态度、价值观：了解拱形在生活中的应用，感受科技的力量。
五、教学重点
探究怎样使我们的拱承受更大的压力。
六、教学难点
分析拱受力的原理。
七、教学准备
做拱形的纸，垫圈、螺帽、小木块、多媒体课件。
八、教学过程设计
一、游戏导入，引出问题
1、游戏：握不破的鸡蛋。
师：（出示一个鸡蛋）大家都知道，我一松手，鸡蛋会碎，用笔轻轻一敲，它会破裂。现在我们来用力捏鸡蛋，猜一猜会怎么样呢？
生：肯定会破裂啦。
师：到底会怎么样呢？谁上来试试？（示范：竖捏）
[著名教育家于漪说得好：“课的第一锤要敲在学生的心坎上，或象磁石一样把学生牢牢吸引住。”用捏鸡蛋的游戏导入，学生的学习兴趣很浓。]
师：这是为什么呢？
生思考、回答。
2、演示：用纸做一个拱。
3、谈话：其实在我们生活中，有很多这样的拱形建筑（为了加深对这一形状的认识，适时播放一组拱形建筑图片，有国外的，比如凯旋门、巴黎圣母院、古罗马竞技场、还有拱形的门、窗、拱形桥等）。
[大胆猜测，大胆假设，是学生走科学探究的第一步。让学生运用已有生活知识和经验，来提出自己的设想，并及时了解学生的前概念水平。]
二、自主探究，建构概念
活动一：拱桥和平桥承受压力的比较
1、师：为什么生活中有这么多的建筑都采用了拱形结构呢？它的承受能力怎么样？我们来作一个对比实验。（出示两个小木块作桥墩，中间距离是14厘米，再拿出2张相同大小、相同材料的纸，一张做平桥，一张做拱桥，放在木块上。）请同学们轻轻地在它们的中间部位一个一地叠加垫圈，仔细观察看看会有什么发现？
2、学生活动。
[引领学生把科学探究与合作的每一步都内化为学生自己的行为。这个对比实验相对于教材上安排的单一研究拱桥的承重力的实验，更能让学生清楚地感受到拱形与横梁受力特点的区别。]
3、生汇报实验结果。
4、提问：观察得非常仔细！同样是在中间用同样大小的力，为什么会出现两种不同的现象呢？你们认为哪种形状的承受力大？
5、生回答。
活动二：使拱桥承受更大的压力。
1、提问：（移开倒塌的平桥）你们有什么办法使我们的拱承受更大的压力吗？
2、生回答。
3、提问：你们觉得可以用什么东西来抵住拱形的拱脚呢？
4、生想办法。
5、师：今天老师给你们提供的材料是螺帽、小木块做拱脚。我们今天就来研究在不改变材料的前提下增加拱桥的承受力。师：先请同学们分组设计方案。
我 们 的 设 计
我的设想(添加的物体、数量、放在哪里) 推测能承受的垫圈数 改进设想 推测能承受的垫圈数
师：设计好了，就可以开始实验了。注意作好记录。
让拱桥承受更大的压力第 小组温馨提示：1、先设计方案，再进行实验，并做好数据记录。2、每次实验，“拱桥”的拱足之间的距离要保持一致。 如果纸条被压坏或有明显折痕，应该换上新的纸条。 3、在实验中对数据进行分析，寻求现象背后的奥秘是学习科学最快乐的事。能承受的垫圈数两边做拱脚的螺帽数或木块数第一次第二次第三次
[边实验边记录，这是一种科学素养，也是一种实验的习惯。由于这个探究活动有许多变量要控制，还需要非常严谨的操作，为了保证科学探究的科学性，我在活动中还给予了温馨提示]
6、学生活动，老师巡视指导。
7、师：哪个小组愿意把自己的做法及发现与大家一起交流？ （要求其他组认真倾听，及时向他们提出问题与建议）
8、分组汇报。
9、师：同学们说的真好！仔细观察，你们的实验有一个共同的特点，是什么？
10、师：（课件演示解说）是的，当拱形受到压力时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分。拱形各部分受到压力时会产生外推力，如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受巨大的压力 。
（科学概念就水到渠成地在学生头脑中建立起来了。）
三、联系实际 拓展延伸
1、师：（视频介绍赵州桥）现在你能够解开赵州桥千年不倒的秘密吗？
2、生回答。
[科学学习起源于生活，服务于生活，回归于生活。]
3、师：我们通过实验探究，弄清了拱形与其它形状相比所承受的力量由于受力均匀，分散有度，承受力强，所以生产、生活中的拱形，起到一定的承重作用。我们今天研究的是一个拱的力量，如果我们把两个拱甚至更多的拱组合在一起，又会怎样呢？又能承受多大的压力呢？课后自己去找找生活中的拱形想想吧！
（延续学生的思维，为下一课“找拱形”架设思维的起点。）
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