小缆车一课科学概念正误之争----关于中小学衔接的思考 [复制链接]

相关讨论摘录如下（蓝色为秋池发言，红色为唱歌的鸢尾发言）

Post By：2008-11-10 22:47:00

这里有个非常重要的科学问题，请思考：

按教材和你的设计，是要证明：钩码多，重力大，拉力也大，小车快，反之小车慢。换句话说，假设去掉小车，只剩绳子，同样道理，重力大的拉动绳子速度也快，反之则则慢。再将绳子也去掉，结果是什么？两个铜球还能同时落地吗？

我们提倡用教材教而不是教教材，这也有提倡批判科学质疑精神的意义在里面。对于一个错误的教学设计，不管是课本上的还是自己设计的，科学性是最高原则。

Post By：2008-11-10 22:53:00

按惯性定律，当物体不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动。如果有一个同样方向和大小的力持续作用于同一个物体，则会使物体产生匀加速运动。那个因重力而下降的钩码，反映的是重力加速度，其值是个恒量：9.8m/s（平方）。所以，重量不等于重力加速度！

Post By：2008-11-12 20:32:00

昨天看到秋池老师的帖子的，今天又学习了部分相关的知识，我觉得秋池老师的假设其实是有问题的：“钩码多，重力大，拉力也大，小车快，反之小车慢。换句话说，假设去掉小车，只剩绳子，同样道理，重力大的拉动绳子速度也快，反之则慢。再将绳子也去掉，结果是什么？两个铜球还能同时落地吗？”

     不能这样假设的啊！在教材和我的教学设计之中，其实是有隐性的潜台词的：得出“拉力越大、小车运动速度越快”这个结论是基于课堂中设置的实验条件，也就是：垫圈的重力已经转化为小车的拉力，这个力应该是F=mg，即垫圈的质量乘重力加速度，同一辆小车在相同的路程中受到同一个方向的一个拉力，这个拉力是有大小的，那么，V=ft/m，小车的速度当然是有大小的。在这个实验中，我们研究的是小车、绳子、垫圈组装成的一辆用垫圈的重力作为动力拉动的小车，这个装置是一个整体，它受到的力是多重的，不同于自由落体，所以，不能说假如小车不存在、绳子不存在……我们并不是在研究重力加速度，是吗？

      当 然，我非常感谢秋池老师的提醒，结合草帽《对教材中力与运动相关概念的质疑》一贴中的观点，我认为，教材的编写是适合小学生探究的年龄特征的，教材中设计
的实验排除了力的方向、加速度等等复杂的因素，设定了一个单一的实验环境，使学生能从非常浅显的角度感受力、感受静止状态、运动状态。那么，怎么解决本课 最终会得出一个不是非常科学，甚至从严谨的科学角度来看是漏洞百出的结论这个问题呢？我认为关键是教师，首先，教师自己必须搞清楚本课所说到的相关结论的
更深层次的科学概念。这一点，非常渐愧地说，我原本并没有重视起来，没有想得那么深入，正是秋池老师的提醒，让我受到了“当头棒喝”：如果结论是错的，那 我们上这一课还有什么意义呢？这促使我深究了上述问题。在此基础上，就是怎么避免学生把狭窄的科学知识错当成普遍真理的问题了，我打算在教学活动中，当学
生通过实验，得出第二个结论之后，提醒学生：老师要提醒同学们，我们在今天这样的实验条件下得出了“拉力越大、速度越快”的结论，但是，运动和力的世界是丰富多变的，在今后的学习中，我们将会体验更复杂的有关力的探究活动，也会得出更深层的科学结论。

    这里其实涉及到了教学的螺旋上升的问题，小学科学课中像这样不甚规范的科学概念实在不少，我们科学教师一定要打起十二分的精神，深入地理解教材，在关键时刻把这些不甚科学的概念作一个正确的定位。这是我想到的解决中小学衔接问题的一个策略。正确与否，还请大家评述。

Post By：2008-11-12 21:10:00

下面的看法与楼主商榷：

1.小车、绳子、垫圈组成一个整体。

2.小车、绳子在实验中是不变量。也就是说，小车的快慢跟小车、绳子无关。因为是在同一场地实验，也与场地条件无关。

3.唯一的变量就是垫圈的多少。即：垫圈越多，重量越大，下降速度越大——使小车速度也越快！

显然与“两个铜球同时落地”相矛盾。

其后果是，当学生在高一级学校接触到“两个铜球同时落地”的时候，他们可能会说：不对，我们在小学做了实验的，垫圈越多，降落得越快。。。。。。

  Post By：2008-11-13 15:58:00

  今天完成了开放日的公开课任务，我把最后一稿的教案发上来，请大家批评指导！也请秋池老师评阅。

 关于秋池老师的看法，我还是认为你有断章取义之嫌。"垫圈越多，重量越大，下降速度越大——使小车速度也越快！"如果这是我课堂中的表述，那我当然是错的，但是我在40分钟里一次都不会出现“垫圈越多，重量越大，下降速度越大”这样的说法，我的学生和我都没有，请注意，我们说的是：垫圈越多，重力越大，小车受到的拉力也越大，小车运动地越快”。我在教学过程中特地安排了一个环节引导学生认识到绳子、桌子等能把垫圈的重力转化为小车的拉力，还对此在副板书上进行了板画。我们最终得出的结论也是“拉力越大、小车运动的速度越快。”学生应该能区别我们所讨论的不是自由落体，而是以垫圈的重力作为动力的小车。

 今天也有一位听课老师给我指出，如果能把结论说成“拉力越大，小车的速度变化越快。”或“拉力越大，小车的平均速度越快。”就不会有曲解了。我想，引导学生观察得更仔细一些，或许可以使学生得出这样的结论。不知大家有什么想法？

Post By：2008-11-14 21:18:00

这个实验中的问题，确实值得认真讨论一下。

是的，在课堂上并没有出现“下降速度越大”这句话。但是，仅仅是没有说，并不等于就没这个问题。因为很明显，小车的速度跟“下降”的速度是完全一致的啊。

那为什么在课堂的实验中出现了小车有快慢之分呢？其实在这个实验中，还有一个力参与其中了，这就是摩擦阻力。实验的设计者特意提出了一个“刚好能让小车动起来”的步骤，这是一个陷井！如果我们用10个垫圈和15个或20个垫圈来作实验，会发现小车的速度差异就几乎消失了。

Post By：2008-11-17 20:26:00

今天我又实验了一次，按秋池老师所说，分别测了挂10个、15个、20个垫圈时小车的速度，结果是逐渐加快的，当然，快得不明显。我想，我们现在需要请初
中或高中的物理老师来帮我们计算一下了。我同意这个结论是不严密的，但我还是坚持加上我所提出的前提，这个结论还是可以成立的。

自己会注意教学中的语言，谢谢了

呵呵，谢老师把帖子搬到这里来了。谢谢，这个问题如果能够引起大家的注意，是一件好事啊。这后面还有几栏，我也把它搬到这里来。还是按谢老师的方法，我写的用蓝字，谢老师写的用红字。

Post By：2008-11-26 16:09:00

继续做搬运工，我认为这个话题还是值得在大家继续看的，又加了一个虔诚使者，用绿色吧。还有，关于本单元概念问题或中小学衔接的想法，直接跟在这里吧，我们就不用再搬运啦！

Post By：2008-12-3 15:46:00

引用:徐 先生对于运动和力单元相关概念的阐述最为不满，他认为里面有许多概念错误。比如《我们的小缆车》里面研究拉力大小和小车的运动，让学生经过改变拉力大小，
观察小车运动速度的快慢，从而最后得出结论：拉力越大，小车速度越快；拉力越小，小车速度越慢。这个错误的概念在科学发展史上已经出现并被大众所认识，而 科学上还在帮助学生形成这样的错误概念。

 按照我的个人理解,让小车动起来需要克服最大静摩擦力即为最小拉力, 让小车运动得最快时应该有一个最大拉力,如果超过了这个最大拉力,那么无论用多少重物,其速度应该变化不大吧!所以我们使用的垫圈的最大数量应该不超过这 个最大拉力为好!但是这个最大拉力真的有吗?怎么计算?

Post By：2008-12-3 22:43:00

说说我的完整的想法吧。对这一课所给出的结论以及设计的实验，我认为都是错误的。

 首 先说结论，我的推理是这样的：一个力作用于一个物体，它的结果是使这个物体取得不个加速度。因此，只要这个力持续作用于这个物体，那么，这个物体在不同的
瞬间就有不同的速度。力不变，速度却在变化，我们到底取什么速度作为这个力作用出来的速度呢？再说，当这个力消失后，物体应作匀速直线运动，但这时力与速 度已经不相干了，也不能以这个速度作为力大小的标志！如果以作用力消失前的瞬间所取得的速度作为这个力作用于物体产生的速度，那么，这个速度并不取决于力
的大小，而取决于力作用时间的长短。所以，力越大，速度越快，这个结论是不能成立的！

 如果我们注意到，当小车
没有放手以前，虽然有足够的力作用于小车，但小车却动不起来，为什么？当小车最后被挡住而停止运动时，力依旧作用在小车上。这又是为什么呢？显然是阻力在 起作用！同样，一个垫圈能让小车刚刚动起来，是因为它刚能“克服最大静摩擦力”，包括小车本身与台面之间的和那根绳子在拐角处与台角之间的。

 Post By：2008-12-3 22:56:00

接 着就是实验设计了。垫圈重量不同，显然是地球引力作用的结果。但不同重量的物体，在近地面条件下，其下落的加速度是固定的，两个不同重量的垫圈组应该同时
落地！实验中为什么“两个铜球”不能同时落地呢？还是阻力在起作用。很明显，如果排除阻力的干扰，可以有如下办法，一个就是我在最先那个帖子里说的，将小
车、绳子取掉；还有一个办法，就是把小车提起来，不与台面接触，这样，虽然在下落过程中存在着空气阻力，但因为两者形状一样，差异可以忽略不计。这时，垫 圈的重力仍旧拉着绳子，并通过绳子拉着小车！结果必然是同时落地！所以说，这个实验设计违背了已有的定律，是不科学的。

再 说说为什么增加垫圈以后，小车到达终点的时间差异甚小的问题。对于小车来说，其质量以及与台面之间的摩擦力是不变的，但那根绳子与台角之间的摩擦力则在变
化：垫圈加得越多，其对台角的压力越大，虽然摩擦系数不变，但阻力却增大了。这就是小车虽然一次比一次到达的时间缩短但不显著的原因。当然也有测量误差存 在的原因。

 Post By：2008-12-4 9:37:00

顺便说说，能否将垂直下降的垫圈改为沿斜面下滑来做实验呢？我的答案是，不能。

 首先，由于拉力越大速度越快这个命题本身就是错误的，因此无须用实验来证明！

 第二，斜面只是改变了形态而不改变本质。伽利略用不同重量的球
在不同的倾斜度下做实验由此得出以下结果： 

(1)当斜面倾角固定时
球通过的距离 S与所用的时间T的平方之比为一常数

(2)改变斜面的倾角
常数值也随之改变 

(3)用质量不同的物体沿相同倾角的斜面运动
他们的加速度相等

如果在倾角相同的斜面上用轻重不同的物体下滑来作为拉力，出现到达时间不同的结果，其实也是阻力的作用。 

Post By：2008-12-10 9:44:00

从昨晚到今天，我仔细读了各位的见解，大家的思考已经进入了一个比较深的层次，思路也渐渐清晰起来，下面说说我的几个新的想法。

1、我同意，教参中的科学概念是不正确的。但是，我还是要指出，在教材中，并没有将“拉力越大，小车运动越快”这句话作为科学概念呈现出来，因此，引导学生得出这样的概念，教师还是应该负一部分责任。再说说教参，“教学目标”中的表述是错的，但是“教科书说明”这一块中，它又提出：“通过实验和讨论：……拉力越大，小车运动越快（更科学地说，是加速度越大，这里用学生能够接受的“快”描述这个意思）”。这说明编者是清楚实验的概念指向的，我们现在所批判的应该是后半句话：“这里用学生能够接受的“快”描述这个意思”可 以这样表述吗？这让我想起了我们市里一次教研活动中，大家对影响物体沉浮的因素中“大小”一说的争论：有些老师认为，“大小”是不确切的定义，应该说成 “体积”，有些老师则认为，三年级的孩子（改版前）还没有建立“体积”的数学概念，说成“大小”作为变通之计，是符合学生的年龄特征的。是不是有些相似之 处呢？小学生还没有建立起“加速度”的科学概念，用学生容易接受的“快”来描述是不是符合学生的年龄特征的变通之计呢？

2、秋池老师的推理：按你给出的计算式：V=ft/m   假设其中的t,m都为1；10个垫圈时的f也为1，那么20个垫圈就是2。显然，V1=1，而V2=2。这里有一个错误的假设，不知你注意了没有：“假设其中的t,m都为1”，t是时间，垫圈数不同时，时间是不同的，因此，不能假设时间为1。通过公式演算，我得出距离不变、磨擦力不变时，小车运动的时间与垫圈质量的平方根成反比，即：如果垫圈质量是1时，时间为1，则垫圈质量为4时，时间为2，垫圈质量为9时，时间为3……这里有一个双曲线的演变规律，因此，虔诚使者所说的“超过了这个最大拉力,那么无论用多少重物,其速度应该变化不大吧”是成立的。

Post By：2008-12-10
12:01:00

  3、 再来看看本单元后两课的科学概念：“橡皮筋的弹力越大，作用时间越长，小车运动的距离越远”，“要使静止的物体运动起来，必须对物体用力。要使物体运动地
更快，必须对物体用更大的力”。我觉得第二课的概念描述可以给我们带来启发，也就是虔诚使者说到的力作用的时间的问题了，而第三课的概念又进入了“拉力越 大，速度越快”的误区。如何在本单元的教学中整体把握这些概念呢？目前为止，我的想法是认同提出“平均速度”的说法，“力越大，小车的平均速度越快。”这
应该是个正确的概念吧？

[此贴子已经被作者于2008-12-10 21:01:27编辑过]

      今天又学习了一下，原来，V=ft/m 是Ft=mv2-mv1 变式，但当mv1为0时，可以变化为 V=ft/m。

      式中的 f  为作用于物体外合力，t  为m由  v1  开始加速到  v2  的时间，而 m  为受力物体的质量。减化后的公式中，V不是速度或平均速度，而是末速度，即在小车撞上挡板那一瞬间所获得的速度。这是一个关于动量的公式！

      即使按照这个公式，来看看实验结果，受力物体小车的质量不变，但当垫圈由10个增加到20个时，或者说拉力增加了一倍时，t也应该缩短为原来的1/2（这里有一个隐含条件，就是各次实验中，小车经过的距离不变），但我们得到的却是 t  虽然有变化，但变化得不明显。显然这里有矛盾，这要么说明我们引用的公式所表达的规律不正确，要么说明实验设计本身有问题。我认为是后者！

[此贴子已经被作者于2008-12-12 19:00:32编辑过]

     两位的较真，正是科学探究的精神，或者说严谨的教研态度，值得学习了。

虽说小学知识面并不大，可是对于教师来说，钻研“宽一寸，深一尺”就有必要了。

对于课本利用重力来作小车拉力，这样的教学设计替代了以前课本直接用弹簧称测拉力大小,应该说进步了，用重力作拉力更容易操作和控制，实验数据更准确。

     讨论的关键问题在于：这个重力是否等同于自由落体？显然不是，因为这时的重物（垫圈）下落速度决定于小车速度，拉力越大，小车运动越快，这个结论应该也是今后学习“功和力”向衔接的。

     不过是有一个问题：“拉力越大，车速越快”这个结论是公认的，那秋池老师提出的问题也不无道理，就是重力（拉力）与车速之间是“线性”还是“非线性”关系？小学生的实验（装置）与理想状态是否存在差异等等.......

1.“拉力越大，车速越快。”这个结论是错误的。这还是亚里士多德的结论，这个结论已经被伽利略否定了！

2.我们的实验其实也否定了“拉力越大，速度越快”的结论：当垫圈足够多时，小车也必须在做了“放手”这一动作后才开始运动；当小车到达挡板时，垫圈仍然拉着小车，但小车也停止了运动。这表明，小车是否运动，以及运动的快慢，不是决定于“拉力”，而是决定于“合外力”，也就是还要包括阻力，它是与拉力相反方向的一个力。当阻力=拉力时，小车停止运动。这样，我们至少可以得出这样的结论：只有当拉力大于阻力时，小车才会运动。

3.“重力”与“重力加速度”是两个完全不同的量，前者是状态量，它表示的是重力对物体的作用，是静态的；“重力加速度”是过程量，它表示物体垂直下落速度随时间的变化，在近地面条件下，它是个常量，约为9.8m/s^2.为什么是这样，我们可以这样来理解：重力是作用于物体的每一个质点的，同一物质的物体，如果体积大，那么它的重量就重，反之则轻；但当它们下落时，则物体的每一个质点都以9.8m/s^2运动，所以，不管物体是重还是轻，都将以同样的加速度降落。

4.为什么当垫圈很少时，小车到达终点的时间明显比较长呢？原因还是在阻力身上，这时的阻力所占的比重比较大；为什么垫圈多到一定程度时，再增加垫圈的数量，小车到达终点的时间相差会“不明显”了呢？原因也还是在阻力身上，因为小车所受的摩擦阻力不因快慢而改变，只有绳子绕过实验台角的地方，阻力有微小的增加，对垫圈按重力加速度下落影响很小。这同时也表明，用重力作为拉力来实验是不科学的。

[此贴子已经被作者于2008-12-15 9:51:02编辑过]