《擰螺絲的學(xué)問》編排在蘇科版科學(xué)五年級“簡單機(jī)械”單元，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容是輪軸的相關(guān)知識。在課前問卷調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生都不知道什么是輪軸，甚至有人將形狀為圓形的輪子或相關(guān)的物品混淆為輪軸，所以關(guān)于輪軸的結(jié)構(gòu)及其工作特點(diǎn)是本節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)。此外，五年級學(xué)生雖然已經(jīng)接觸了一些簡單工具，如螺絲刀、扳手、鉗子、錘子等，但是這些工具涉及怎樣的科學(xué)原理，絕大多數(shù)學(xué)生不清楚。據(jù)此，筆者設(shè)置了如下教學(xué)目標(biāo)：①科學(xué)觀念——知道輪軸這種簡單機(jī)械可以提高生產(chǎn)效率和工作效率；②科學(xué)思維——能通過生活中的實(shí)物分析輪軸的結(jié)構(gòu)特征，能通過模型建構(gòu)的方式研究輪軸省力和費(fèi)力的原理；③探究實(shí)踐——在利用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的過程中，能通過記錄的數(shù)據(jù)，運(yùn)用分析、比較等方法，得出在輪上用力比在軸上用力更省力的結(jié)論；④態(tài)度責(zé)任——能實(shí)事求是地記錄數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)做出獨(dú)立判斷，并通過合作與交流的方式開展探究活動(dòng)。為達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，筆者預(yù)設(shè)了“設(shè)計(jì)情境，激發(fā)動(dòng)機(jī)；認(rèn)識結(jié)構(gòu)，辨認(rèn)輪軸；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分組探究；學(xué)以致用，應(yīng)用遷移”四個(gè)環(huán)節(jié)，構(gòu)建小學(xué)科學(xué)思維型課堂。

一、設(shè)計(jì)情境，激發(fā)動(dòng)機(jī)

教學(xué)伊始，筆者設(shè)計(jì)了這樣的游戲：出示一個(gè)飲料瓶，隨意指定兩名學(xué)生，讓一名學(xué)生握住瓶口端，另一名學(xué)生握住瓶底端，同時(shí)用力反向轉(zhuǎn)動(dòng)，看誰能掌握飲料瓶轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，握住瓶底端的學(xué)生掌握了飲料瓶的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。筆者讓兩名學(xué)生調(diào)換飲料瓶的方向，即握瓶底端的學(xué)生握瓶口端，握瓶口端的學(xué)生握瓶底端，再次同時(shí)用力反向轉(zhuǎn)動(dòng)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，還是握瓶底端的學(xué)生掌握了飲料瓶轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。轉(zhuǎn)動(dòng)同一個(gè)飲料瓶，為什么同一名學(xué)生有時(shí)能掌握轉(zhuǎn)動(dòng)方向，有時(shí)不能掌握呢？學(xué)生結(jié)合觀察情況，發(fā)現(xiàn)飲料瓶轉(zhuǎn)動(dòng)方向與握住瓶底端的學(xué)生用力方向一致，也就是說，誰握住了飲料瓶粗的一端，誰就掌握了轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

面對這個(gè)結(jié)果，很多學(xué)生不服氣，主動(dòng)要求上臺嘗試，但結(jié)果與上面的游戲結(jié)果完全相同。后來在大家的提議下，班上力量最大的學(xué)生與力量最小的學(xué)生做了一次嘗試，但結(jié)果依然無法改變。這個(gè)游戲啟發(fā)學(xué)生思考：是什么原理在控制飲料瓶轉(zhuǎn)動(dòng)的方向呢？筆者適時(shí)點(diǎn)題“其實(shí)這跟擰螺絲的原理相似”，從而揭示了本節(jié)課的主題“擰螺絲的學(xué)問”。

二、認(rèn)識結(jié)構(gòu)，辨認(rèn)輪軸

學(xué)生通過觀察螺絲刀的結(jié)構(gòu)建立對輪軸的輪和軸部位的認(rèn)識，是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。

為突破重點(diǎn)，筆者先引導(dǎo)學(xué)生通過分析螺絲刀的使用特點(diǎn)，認(rèn)知輪和軸的使用特點(diǎn)，即輪和軸固定在一起同步做功。然后，筆者通過小組討論的方式，引導(dǎo)學(xué)生辨認(rèn)生活中不同的輪軸，如水龍頭、方向盤、扳手、門把手以及轉(zhuǎn)動(dòng)的鉛筆刀等。“這些輪軸的使用有哪些共同特點(diǎn)呢？”學(xué)生觀察之后，筆者提出這個(gè)具有承上啟下作用的問題。承上主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)輪軸中輪的部位不一定是像輪子一樣的圓形，但輪運(yùn)動(dòng)的軌跡包含圓或圓的一部分；二是學(xué)生發(fā)現(xiàn)軸在使用過程中可能隱藏起來，但它一定會(huì)跟著輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。啟下主要表現(xiàn)在，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)輪軸的發(fā)力部位都在輪上時(shí)，筆者及時(shí)啟發(fā)學(xué)生思考：為什么這些輪軸要在輪上發(fā)力呢？學(xué)生圍繞這個(gè)問題展開實(shí)踐探究，很快發(fā)現(xiàn)用螺絲刀的輪和軸兩個(gè)部位分別擰螺絲，在輪上用力省力，在軸上用力費(fèi)力。至此，學(xué)生初步得出一個(gè)關(guān)于輪軸的猜想：在輪上用力省力，在軸上用力費(fèi)力。

需要注意的是，這個(gè)結(jié)論只是初步猜想，是否正確還要通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)反復(fù)論證。教學(xué)由此進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。

三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分組探究

這是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。筆者利用模型引導(dǎo)學(xué)生探究使用輪軸時(shí)在輪上用力省力的奧秘。

利用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的前提是學(xué)生能夠建立實(shí)物與模型之間的關(guān)聯(lián)。教學(xué)中，筆者采用“螺絲刀—螺絲刀俯視圖—模擬螺絲刀—模擬螺絲刀俯視圖—輪軸模型”的順序（如圖1），讓學(xué)生循序漸進(jìn)地認(rèn)識輪軸模型。

在學(xué)生對輪軸模型有了基本認(rèn)知后，為了增強(qiáng)對比效果，筆者引導(dǎo)學(xué)生通過討論，決定采用軸大小相同而輪大小不同的兩組輪軸（第一組中的輪較小，第二組中的輪較大）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)際操作中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在第一組的軸上掛4個(gè)鉤碼，輪上只需掛2個(gè)鉤碼，此時(shí)輪軸保持平衡（如圖2）；為了獲取更多數(shù)據(jù)，學(xué)生改變軸上鉤碼的數(shù)量，依次掛2個(gè)、6個(gè)鉤碼，發(fā)現(xiàn)輪上只需依次掛1個(gè)、3個(gè)鉤碼，輪軸就可以保持平衡。在第二組輪軸實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生第一次也在軸上掛4個(gè)鉤碼，而輪上只需掛1個(gè)鉤碼，輪軸就能保持平衡（如圖3）；為了獲取更多數(shù)據(jù)，學(xué)生將軸上的鉤碼數(shù)量增加至8個(gè)，發(fā)現(xiàn)輪上只需掛2個(gè)鉤碼，輪軸即可保持平衡。

通過對兩組輪軸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)輪上的鉤碼數(shù)量少，軸上的鉤碼數(shù)量多，而輪軸能保持平衡，這說明在輪上用力省力，在軸上用力費(fèi)力；學(xué)生還通過分析發(fā)現(xiàn)，如果輪軸的軸大小相同、軸上的鉤碼數(shù)量也相同，輪越大在輪上用的鉤碼數(shù)量越少，而輪軸也保持平衡，這說明軸相同時(shí)輪越大越省力。

至此，本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)全部突破。

四、學(xué)以致用，應(yīng)用遷移

該環(huán)節(jié)的重點(diǎn)是針對以上結(jié)論——軸相同時(shí)輪越大越省力的原理，引導(dǎo)學(xué)生遷移應(yīng)用。

筆者通過以下三個(gè)問題達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。第一，觀察圖4，消防救援時(shí)，消防員需要快速打開消防栓，如果你是消防員，你會(huì)選擇哪種輪子進(jìn)行組裝？第二，觀察圖5，在使用內(nèi)六角扳手時(shí)，你會(huì)選擇哪個(gè)部位發(fā)力，為什么？第三，回顧整個(gè)教學(xué)過程，你能解釋課始游戲中暗含的玄機(jī)嗎？

針對第一個(gè)問題，學(xué)生選擇了最大的輪子，原因是根據(jù)輪軸省力原理，輪越大越省力。針對第二個(gè)問題，學(xué)生選擇了在扳手最頂端發(fā)力，原因是選擇扳手最頂端相當(dāng)于選擇了在最大的輪上用力，而輪越大越省力。針對第三個(gè)問題，學(xué)生發(fā)現(xiàn)飲料瓶也是輪軸，握住粗的一端就相當(dāng)于使用輪軸當(dāng)中輪的部位用力，所以在力量差別不是特別大的情況下，握住瓶底端的學(xué)生總是能掌控飲料瓶轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

此外，筆者呈現(xiàn)了竹蜻蜓、吊扇（如圖6）兩種不同的輪軸，讓學(xué)生辨認(rèn)輪軸使用的部位。

學(xué)生通過實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)這兩種物品使用的是輪軸中軸的部位。他們還通過分析兩種物品使用的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)使用軸的部位可以提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而建立了輪軸使用的辯證思維，即根據(jù)需要合理選擇使用的部位，而不是因?yàn)槭×θ窟x擇使用輪這個(gè)部位。

（作者單位：武漢市育才第二小學(xué)）

責(zé)任編輯 姜楚華