拱形结构的力量

《拱形的力量》教学案例

一、设计意图

《新课程标准》要求《科学》课要以科学探究为中心环节的学习方式。探究式教学就必须紧密结合科学知识的学习展开；通过动手动脑、亲自实践，在感知、体验的基础上，内化形成。学生的初始想法是科学探究的起点；学生的初始想法可能有局限性甚至错误。课堂上，要重视学生探究后的想法与探究前的初始想法进行比较。探究式学习就是要通过深入的探究活动，使学生自己摒弃错误的想法，形成正确的认识。学生科学概念建构的过程是怎样的呢？我就以“拱形的力量”这一课为载体，组织学生进行科学探究活动，对学生在课堂上科学概念的建构过程及学生探究后的想法与探究前的初始想法进行比较和分析。

二、课前学生情况剖析：

学生在学习这课时，有这么几个知识点作为基点：１、学生已经学习了工具和机械，２、学生已经学习了“形状与抗弯曲能力”这一课，知道改变形状抗弯曲能力得到大大地提高。

三、教学过程

（一）、创设情景、导入新课的实录

师： ( 出示一张卡纸 )这是一张什么？

生：卡纸条。

师：老师说的是你看到什么现象？

生：这张“纸”有点向下弯了，成了一个拱形。

师：我们常见的拱形都是向上拱起。 （板书：拱形） 如果老师请一名同学在上面放铁垫圈会怎么样？

师生演示。（ 请一名学生在上面放铁垫圈，提醒学生小心翼翼地放。）

师：你们看到什么现象？

生：看到铁垫圈一放到卡纸上，纸往下凹。

师：这是怎么回事呢？谁能解释一下这种现象？

生：因为铁垫圈放上去了嘛。

生：因为铁垫圈有重量，卡纸承受不了就凹下去了。

师：是呀 !铁垫圈有一种向下压的力量 （板书：力量）。如果老师把纸条做成这样的形状，这样做有点难度，等会儿，同学们还要动动脑筋。知道这样的形状叫什么吗？

生：拱形。

师：你们也像老师一样不借助任何物体，做一个拱形立在桌子上，然后在上面放铁垫圈，你们估计可以放几个铁垫圈？

生： 2个，3个，4个，5个……

师：这节课，我们就来学习“拱形的力量”。

（二）、自主合作、探究拱形的实录

1、探究拱形承受压力

师：想不想试一试？同学们像老师一样做一个拱形， 就这样中间空的，纸的两边立在桌上，然后在上面放铁垫圈，看看你们有什么发现？

（这里我对学生做的拱形提出了明确的要求，并做了强调：做的纸拱中间空的，纸的两边立在桌上，不能借助其他物体帮助。材料员领材料，学生实验。）

师：哪一小组愿意把自己组的发现与大家一起分享？

生：我发现这个拱形承载力不够。

师：拱形承载力不够是什么意思？

生：就是说拱形抗弯曲能力不够好，放上垫圈马上塌了。

师：你观察的真仔细，还有不同发现的吗？

生：拱形越拱，拱形承受力越大。

师：你是怎么发现这个现象的？

生：我们组的拱形平一点的时候，放两个铁垫圈拱形变平了，拱形拱一点的时候放 4个铁垫圈拱形才变平了。

师：是吗！这个等会儿还可去好好地研究。

生：我们小组放 5个铁垫圈，拱形塌了。

师：放 5个拱形塌了，那么这个拱形能承受几个铁垫圈呢？

生：能承受 4个铁垫圈。

师：同学们都有相同的发现，“纸拱”的“拱脚”有什么变化？

生：很快就向两边伸展开了。

师：铁垫圈是上面放下去的，力应该向下，拱形的“拱脚” 怎么会向两边伸展呢？谁能解释一下这种现象？

（学生进入思考状态）

生：上面的铁垫圈太重了。

师：对！铁垫圈有一个向下压的力量，但是“拱脚”向外伸的这个力是哪里来的？

生：这个力应该是铁垫圈引起的吧？拱形可以把它平分成两边。

师：你的意思是：铁垫圈向下压的力传向两边，所以，“拱脚”才会向两边伸展是吧。

生：是的。

师：的确，拱形受到压力时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分，并产生一种外推力。这样的“拱”几乎承受不了什么压力，一受到压力拱就伸展开了。

（让学生经历这样一个过程，目的是让他们发现拱在受压力时，“拱脚 ” 有向两边推的力。这个力是哪里来的呢？让学生作出初步解释，目的很明确：了解学生的初始想法。教材的安排是学生探究完后才让学生去尝试的呢？让学生作出初步解释，目的很明确：了解学生的初始想法。教材的安排是学生探究完后才让学生去尝试解释，我觉得这样不大连贯。学生已经发现“拱脚 ” 向两边伸展的现象，我觉得在这里让学生作出解释是明智的，有效的，合理的。从学生的回答情况看，在这里学生也的确能够回答。学生还得出一个科学原理：拱形越拱，拱形承受力越大。在这堂课之前，学生只知道拱形承受力大。通过探究，学生发现了另一个科学道理。）

2、使拱形承受更大的压力

师：这张纸平放着，它连一个铁垫圈都不能承受就塌下去了。把它做成拱形，它可以放几个铁垫圈。但是，拱脚却向两边伸展变平了，如果要想放10个铁垫圈，甚至更多，“纸拱”的形状依然保持不变，有什么办法？

生：要在拱形的两边放些支撑物。

师：你的意思老师听清楚了，就是在两边放些东西把它抵挡住，是吧？

生：嗯。

师：你打算用什么东西抵住拱形的拱脚。

生：用书。

生：用铅笔盒。

生：用手。 ………………

师：等一会儿，同学们就把你们做的拱形的拱脚两边分别用一本书抵住。但是，不停地在上面放铁垫圈，拱形会不会又变形了呢？又遇到什么问题或情况，你们打算怎么办？

生：我们自己小组商量、讨论，想办法解决。

师：说得真好！老师为同学们准备了一张记录单，同学们在实验时别忘记记录。注意：“纸拱”的要求跟以前一样。开始实验吧！

(边实验边记录，这是一种科学素养，也是一种实验的习惯。平时这方面的习惯已养成。)

学生实验。 （老师巡视指导）

师：哪一小组愿意把自己组的做法及发现与大家一起交流？上讲台实物投影展示。 （要求其他组认真倾听，及时向他提出问题与建议。）

生 1：我们小组用书挡住“纸拱”的两边，在上面放了１２个铁垫圈时，发现拱形慢慢地向右边倒塌；我们小组的××同学在“纸拱”的右边多加了三本书，我们又在上面放了８个铁垫圈时，又发现拱形慢慢地向左边倒塌了；我们小组的××同学又在“纸拱”的左边多加了四本书，结果在上面放了２６个铁垫圈时，又发现拱形向中间陷下去；我们小组的××同学又在“纸拱”的下边垫上铅笔盒，结果我们小组把所有的铁垫圈都放到“纸拱”上，拱形就不会陷下去了。

情境 1

生 2：下面有支撑物还是拱形吗？

生 1：是的。

生 3：下面有支撑物了还是这个纸拱所承受的力吗？

生 1：不是。

生 1：开始我们的支撑物没有接触到拱面。

生 4：那你的支撑物放在拱形下面有什么用呢？

生 1：当拱形塌下时能撑住。

生 5：那你的拱形已经不能继续承受更多的压力了。

师：同学们说的真好！还有哪组有不同的情况吗？

（学生对于拱形的具体概念认识，还是有些模糊，在老师的追问下，才慢慢地明朗起来）

生1：我们小组用书挡住“纸拱”的两边，在上面放了１５个铁垫圈时，发现拱形有点向左边倒塌了；于是，我们小组的同学在纸拱的左边又多加了二本书，在上面放了２２个铁垫圈时，还是发现拱形向左边倒塌了。第二次，我们小组的××同学在“纸拱”的两边分别用两根线吊着，结果我们小组把所有的铁垫圈都放到“纸拱”上，拱形就不会陷下去了。

情境 2

（创设平台，展现自我。让学生自行辩答，老师坐在学生的位置上，与学生交换角色，充分体现学生为本的思想）

师：你们在实验时又有什么重大发现呢？

生：拱形上的铁垫圈越多，拱形的负担越大。

生：固定“拱脚”的东西越多，放铁垫圈的个数也就越多。

生：“纸拱”比平的纸承受的力量大多了。

生：“拱脚”两边支撑的东西越多、越高，可以放的铁垫圈就越多，承受的力量就越大。

生：拱形两边的“拱脚”支撑的物品的重量越重，拱形承受力也越大。

生：拱形能承受巨大的压力。 ……

师： 与横梁相比较，拱形结构承受压力性能怎样 ?

生：拱形结构承受压力性能好。

师：为什么？

生：拱形能把向下的压力分散，向下和向外传出去。

师：要想让拱形承受更大的压力，有什么办法？

生：多用几张纸。

生：让拱形更拱。

生：两边放很多很多的书，把向两边伸展的力抵挡住。

师：课件演示解说。

（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）

（拱为什么这么有“力量” ? 与横梁相比较，拱形结构承受压力性能怎样? 要想让拱形承受更大的压力，有什么办法？让学生边观察边思考，试作出自己的解释。通过一系列的实验探究、细致观察，这课的科学概念虽然学生表达的不是非常具体，清楚，但是已经初步在学生头脑中形成。很后，通过教师的课件演示解说，科学概念就这样水到渠成地在学生头脑中建立了。）

教学反思

本课实验操作上并没有什么难度，主要在于引导学生观察实验现象，进行思考分析，从而推理得出结论，解决问题。测试纸拱的承重能力，通过在“没有抵住拱足的纸拱”上放重物观察，学生非常清楚的认识到拱受压后，拱脚会向两边推，这也为后续教学作下铺垫，而要使纸拱不垮，就得抵住拱足，这是学生都能想到的。对科学探究活动本质的理解有两种：（一）科学是知识。强调概念和符号，导向面向知识点的教学；（二）科学是过程。强调动手操作，导向活动和体验式的教学；现在又有第三种理解：科学是解释。强调动手过程中的思考，使学生的学习过程变成不断建立科学概念，修正自己原有经验的过程。本课就基于第三种理解，让学生在动手过程中思考，慢慢建立“认识拱形结构和拱形结构承受压力比横梁要强的特点。拱形受到压力时，能把向下压的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”这个科学概念。这课的科学概念，我把它分成三个层次。

层次一 ：认识拱形结构和拱形结构承受压力比横梁要强的特点。

层次二 ：认识拱形结构和拱形结构承受压力比横梁要强的特点。拱形受到压力时，能把向下压的力向下和向外传递给相邻的部分，拱脚会向两边伸。

层次三 ：拱形受到压力时，能把向下压的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。

通过课堂教学，学生科学概念分析如下：第一层次的科学概念，六年级学生在学习本课之前已经有这个前概念，不过有点模糊；通过这一课的学习，课后学生都已建立该科学概念。第二层次的科学概念，学生科学探究活动时比较投入，活动难度不高又很直观，加上课件演示解说，第二层次的科学概念所教班级学生基本建立。第三层次的科学概念，课后学生都能理解并能分析。