葉曉林

教科版小學(xué)《科學(xué)》六年級上冊“形狀與結(jié)構(gòu)”單元第6課《建高塔》，是以鐵塔為什么穩(wěn)定不倒為起點和歸宿，通過用塑料瓶做實驗和建造“高塔”等一系列的親歷探究、體會比較，幫助學(xué)生逐步建構(gòu)科學(xué)概念：上小下大、上輕下重、空氣阻力小的物體不容易倒。

有教師依據(jù)此教學(xué)內(nèi)容，編制了一道試題：

如圖1所示，取三只相同的瓶子，A瓶和C瓶中裝入四分之一瓶自來水，B瓶中裝入二分之一瓶自來水，放在同一張平整的桌面上，最穩(wěn)定的是（ ）。

A. B. C.

為了檢驗試題質(zhì)量，2013年11月，筆者將該試題編入一份簡易的單元練習(xí)，對我區(qū)共3151名六年級學(xué)生進行了統(tǒng)一測試，結(jié)果351人選A，2784人選B，16人選C。同時，筆者又對任教該年級的四十余位教師進行訪談，教師也幾乎清一色地認定選項B是標準答案。理由是C瓶下小上大，穩(wěn)定性必然最差，B瓶比A瓶內(nèi)的水要多，即下面更重，穩(wěn)定性更好。只有一個曾經(jīng)做過相關(guān)下水實驗的教研組教師提出了異議，認為A瓶的穩(wěn)定性最好。

為此，先不急于判斷試題質(zhì)量如何，而應(yīng)該用實驗的方法判定哪個答案更科學(xué)。

方法一：同一傾斜度下的穩(wěn)定性對比。根據(jù)試題要求，取三只相同型號的飲料瓶，裝入不等量的自來水，并將三只瓶子放在一塊平整的木板上。慢慢傾斜木板（如圖2），最先倒的當然是C瓶，其次是B瓶，A瓶的穩(wěn)定性果真最好！

方法二：外力作用下的穩(wěn)定性對比。將上述三只瓶子一字排開放在平整的桌面上，用一根木條靠向瓶子上部，并水平方向用力慢慢推（如圖3），三只瓶子倒下的先后順序與方法一完全相同。

B瓶下部的重力明顯大于A瓶，為什么還是A瓶更穩(wěn)定呢？這與教學(xué)中得出的科學(xué)概念是否矛盾？其實不然，前面得到的科學(xué)概念“上輕下重”的“重”，不單純指向重力這個概念，其本質(zhì)內(nèi)涵應(yīng)該是重力變化后引起物體重心高低的變化，而重心高低恰恰是決定物體穩(wěn)定性的因素之一（另外因素如支持面的大小等）。力學(xué)中，重心是指物體各部分所受重力的合力的作用點。規(guī)則而密度均勻物體的重心就是它的幾何中心。不規(guī)則物體的重心，可以用懸掛法、支撐法或針頂法來確定。物體的重心，不一定在物體上，比如說呼啦圈的重心就在其圓心上。同理，一個空飲料瓶，可視它為接近規(guī)則的圓柱體，重心應(yīng)該在整個瓶中心的附近。瓶中加水后，整個瓶的重心就會明顯下移。加四分之一瓶水，重心應(yīng)該在這部分水的中心偏上處;加二分之一瓶水，重心應(yīng)該在半瓶水的中心偏上處。也就是說，A瓶的重心要比B瓶低，穩(wěn)定性也就更好。當然，也不能說瓶中水加得越少重心就越低，因為還需要考慮瓶本身的重力對重心位置的影響。究竟加多少水整個瓶子的重心會最低，要找到這個臨界點需反復(fù)實驗方能測得，此處不再贅述。

借鑒“重心”理論，我們可將原有試題再做兩個變式分析。

第一個變式：保留A瓶和B瓶，將C瓶中的水倒空并正立放置，另外再加一個灌滿水并正立放置的瓶子，即D瓶。先來分析比較一下四只瓶子的重心高低。C瓶是空瓶，重心在整個瓶的中心附近;D瓶放滿水，重心也在整個瓶的中心附近。但一般情況下瓶子的下半部為近似圓柱體，上半部為近似圓錐，所以灌滿水后的瓶子重心位置要比空瓶重心位置略低一些。這樣，四個瓶還是A瓶重心最低，其次是B瓶，再次是D瓶，C瓶重心最高。采用本文中的兩種實驗方法測試四個瓶的穩(wěn)定性，結(jié)果與前面的分析完全吻合：C瓶先倒，緊接著D瓶倒下，然后是B瓶、A瓶。

第二個變式：往A瓶、B瓶和C瓶中分別裝入二分之一瓶的沙子、自來水、草木灰（很輕），放在平整的桌面上，最穩(wěn)定的是哪一只？還是先來分析重心高低：A瓶中沙子的密度遠大于塑料的密度，重心幾乎就在半瓶沙的中心（略微偏上）;B瓶中水的密度自然要比沙子小得多，所以重心位置要比A瓶高一些;C瓶中草木灰的密度相對最小，重心位置就更高。再次用兩種實驗方法驗證，結(jié)果亦如分析，C瓶、B瓶、A瓶依次倒下。

基于上述實驗研究和理論分析，再反觀原試題的測試結(jié)果，正確率僅約11.1%。說明試題難度明顯偏大，效度不高，無法客觀、準確地考查、測量學(xué)生的學(xué)習(xí)成效、學(xué)習(xí)能力及其發(fā)展?jié)撃堋Ｕ\然，具體到一線教師面對這個問題時，若還是按教材內(nèi)容展開教學(xué)，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)原試題這樣的并列選項，可以適當降低難度，將原試題中的選項一A瓶換成空瓶，或者直接將試題改編成變式二。若是能再進一步思考，從本課的學(xué)習(xí)任務(wù)、難易程度以及六年級學(xué)生的認知水平分析，我們可嘗試對原教材進行二度開發(fā)：淡化甚至舍棄文本中“建造‘高塔”這個思維含量極低的探究活動，整堂課的學(xué)習(xí)核心就以幾只瓶子為活動材料，設(shè)計幾組類似文中所述那樣的實驗，分組探究，師生研討，主要用“重心”理論來分析解決問題，逐步建構(gòu)并內(nèi)化物體穩(wěn)定性的幾個條件，即支持面大、重心低、風(fēng)阻小等。如此，原試題無需更改，且正確率必將大大提高，對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升也必將大有裨益！

（浙江省杭州市下城區(qū)教師教育學(xué)院 310005）