《机械与工具》单元的教学与思考
陈建秋 林建锋
将知识按结构关系进行重组，把学科知识按其内在的逻辑组成从简单到复杂的结构链，基本上以结构为大单元策划教学内容的组织，使贯穿教学的认知主线呈现出结构的逐步复杂化，这是教科版《科学》教材的一大特色。因此，在教学中我们应从整体把握教学内容，注意课时教学目标与单元教学目标之间的联系，权衡该内容在整个单元甚至整册书、整个小学阶段中的地位和作用。与此同时，要达到有效开展教学活动，还必须对学情进行准确定位，让学生掌握学习的主动权，并引领他们经历“科学过程”，发展学生的科学探究能力。
下面，以教科版六年级上册“机械与工具”单元为例，说说我们在这方面的一些思考。
一、把握教材结构体系，确定单元教学目标
要避免“盲人摸象”的结果，在教学中我们就要有一种宏观的视野和整体的思维。教材中的每个单元，是某一知识领域在各年级或者各学段的细化分解，是一根链条中的“一节”，一串项链中的“一珠”。有效的科学教学首先依赖于教师对教学内容的全面把握，没有这种全面把握和宏观视野，教学只能如“水中的浮萍”，只能在表面上随意游走，没有着陆的根。
科学课程标准（实验稿）出台时，将3～6年级的科学课程作为整个基础教育科学课程的一个相对完整的阶段，具体内容标准所表述的是6年级结束时绝大多数学生应达到的程度，不再划分年级或年段。但在教材编写时，教科版编写人员从纵向上注意了各册教材间科学概念发展的应用的逻辑顺序和科学探究能力发展的层次，特别注重内容的分解和板块链接，层次感、整体感都很强。其基本的设计思路是：通过活动水平层次的不断提升，使学生对科学探究的理解不断加深，科学探究的能力不断提高。具体如下：
三年级——对特定物体的观察和描述——发现观察对象更多的观察内容和采用更多的观察方法；学会提出问题，作观察记录及进行小组间的交流等。
四年级——有计划地对一个主题展开多侧面的调查——学习制定包括研究的问题、研究的方法、研究的准备、小组分工在内的研究计划，并付诸实施。
五年级——自主参与和完成一个比较完整的探究过程——学习之改变一个变量的对比实验及对实验现象和观察结果作出自己的解释。
六年级——尝试进行开放性较强的某些自主探究活动——在系统的观察和实验操作方面积累起更多的经验。
根据教材的编排意图，从六年级开始，我们应该为学生提供参与完整的和部分探究过程的机会。在完整的探究过程中，学生首先提出问题，然后设计研究方案、收集数据、构造原有问题的答案、交流探究过程和探究结果。在部分探究过程中，培养他们探究过程某些方面需要的能力和理解力。
“机械与工具”单元是六年级上册第一单元。《课程标准》中指出简单机械单元要求“通过学生动手操作机械，真正体验到机械能提高我们的工作效率，改善我们的工作环境。”“让学生了解这些简单机械在日常生活和农业生产中的应用，每种机械有什么功能，大致可用在什么场合，会在自己的周围环境中做简单的应用。”
基于新课标的要求和让学生亲历科学认识和探索的理念，《机械与工具》单元安排了循序渐进的八个教学内容：《我们常用的工具》、《打开盖子的工具》、《杠杆的研究》、《螺丝刀里的科学》、《动滑轮和定滑轮》、《起重机》、《在斜坡上》和《我的自行车》。其单元教学目标为：
引导学生从生活中熟悉的工具中，了解常用工具的特点、使用方法和作用，知道利用机械可以提高工作效率，并抽象出杠杆、轮轴、滑轮、斜面等简单机械结构；通过对杠杆、轮轴、滑轮、斜面等简单机械省力和费力、省时和费时、力的方向的研究，在科学探究、数据整理、原理分析的基础上揭示简单机械的工作原理；激励学生从实践中发掘有价值的科学问题，能合作设计简单、科学、完整的研究计划，并在研究计划的指导下开展科学探究活动。
从“三个维度”考虑，具体目标如下：
科学知识：
能够和同学们一起交流自己了解的常用工具的特点、使用方法和作用，并从别人发言中了解更多的常用工具。
认识杠杆这种简单的机械，知道杠杆上有三个点：重点、支点和力点。会做杠杆尺的探索性实验，了解杠杆的工作原理。
通过实验，认识到使用螺丝刀比较省力。能够知道合理使用轮轴也可省力。
通过实验，认识定滑轮和动滑轮的作用。认识滑轮组的作用。能够解释起重机能吊起重物的原理。
能用科学实验的证据来说明斜面的省力原理。能制订一个研究计划来研究斜面。
能够发现自行车上应用的机械原理。
科学探究：
尝试在实践中解决指定的科学问题，并发现更多的问题。能根据想研究的关于常用工具的问题分小组独立制定一个比较完整的研究计划。
在实践活动中能发现问题，并做出自己的分析解释。
能够通过实验观察记录，学习使用图示法简化问题。能够从众多看似杂乱的数据中，通过分析整理，发现科学规律。
对相关实验进行对比分析，突出主要变量，发现研究中的科学原理。
能够对想研究的问题进行有目的有计划的研究。能够写出与别人进行交流的研究报告。能与同学进行合作研究，能用文字和图画展示交流研究成果。
情感态度和价值观：
能够持续认真地参与探究活动，进行细致的观察。
在科学研究活动中乐于与同学合作，积极参与实验、分析和调查活动。
能积极参与科学实验和游戏活动并与同学友好地合作研究。乐于用学到的科学知识改善生活。
二、挖掘教学认知主线，引领学生亲历探究
在把握教材结构体系的基础上，教师还应挖掘教学认知主线，注意相关内容的彼此关联和前引后渗，一方面可以让学生感受到学习内容的连贯性、一致性，另一方面也引导他们学会用联系的眼光、系统的眼光来学习科学，理解科学，应用科学。
为了落实教学目标，本单元的教学内容从了解和研究我们身边的机械和工具入手，其中既有学生们熟悉的镊子和小刀，又有不太常用的滑轮和令他们惊奇的“大力士”起重机……引领学生去发现和思考：这些机械和工具在人们的生活中是如何使用它们的？它们到底能发挥怎样的作用？是怎样发挥作用的？我们怎样使用才能更好地发挥它们的作用？这些工具又蕴涵怎样的机械原理？……这些既是本单元要讨论和研究的探究问题，也是学生们所要经历的科学认识和探索的过程。
说一说我们曾经使用的一些工具，我们是怎样使用这些工具的？这些工具可以帮助我们完成哪些事情？本单元的第一课“我们常用的工具”就是这样开始的。学生从说说常用的熟悉的工具到尝试用工具将一颗铁钉和一颗螺丝钉从木头里取出，感受用不同工具来做这件事情的差异，思考从差异背后发现感兴趣的问题，产生了认识和研究工具的冲动。然后，同学合作、师生合作制订一个研究计划，鼓励学生课后进一步完善研究计划，解决了我们应该怎样研究的问题，为机械和工具的深入研究奠定基础。
在前一课感性认识和初步探究的基础上，“打开盖子的工具”一课，在打开油漆桶和打开一瓶饮料的活动中，让学生认识两种不同类型的杠杆，也归纳了它们的共同特征。接着，期望学生们能根据活动的现象和结果，以及联系生活中的杠杆，发现和提出新的问题。这一课使学生对事物的认识经历了从工具到机械的飞跃，机械不再是高深、复杂的形象，而是我们身边的现实。这一课使学生在研究方法上经历了化繁为简的变化，把生活中纷繁的现象以简单的图示来抽象概括。
前面的所有活动为探索和发现杠杆的秘密开启了大门，在接下来的一课“杠杆的研究”，就是承接以前的探究活动，并用杠杆尺做研究材料，采用实验的方法，让学生经历不同状态下杠杆尺的调试活动，通过观察、记录及对实验数据的分析来发现杠杆省力的原理。学生在研究中要像科学家一样收集实验数据、对数据进行分门别类、分析数据中有所发现的探究过程。
接着，引领学生们从粗柄的螺丝刀能更容易起出螺丝钉的事实中去发现螺丝刀柄的秘密，了解轮轴的结构，进而去研究“螺丝刀里的科学”，知道螺丝刀是一种轮轴。通过轮和轴上作用力的差异比较，小个子战胜大力士的游戏，在大小不同的轮和轴上挂上重物的研究，发现了轮轴的原理，并可以用画图分析法标出各个力点，发现原来轮轴也是一种杠杆。明白轮轴的工作原理后，再找一找，会发现生活中有很多地方都应用了轮轴，轮轴给我们的生活带来很大方便。
再接下来，学生们要从做一个模拟升旗的装置开始研究“动滑轮和定滑轮”，这是学生并不熟悉的机械，使学生通过一系列的模拟实验来进一步认识定滑轮和动滑轮的工作特性，了解定滑轮和动滑轮的作用，同时尝试用杠杆的原理来解释它们的作用。
这一组活动后还设计了让学生参观建筑工地的起重机或观看起重机的录像，这是为了研究滑轮组，学生模拟滑轮组的工作，并再次做“小个子战胜大力士”的游戏，从中明白起重机力大无穷的原因，发现滑轮组的作用和原理。
山路要弯弯地盘旋上山中隐藏着斜面这种机械，同样在实验室的环境里展开模拟斜面工作的研究活动，探究斜面的工作原理。再让学生们找一找生活中的应用斜面的事例，同时自己解释使用斜面的原因。
最后一个活动是以“我的自行车”作为研究对象，在这一活动里将由学生们自选关于自行车的机械问题。以研究学习小组为单位，制订研究计划，课余开展研究活动，并把研究成果绘制成一份研究小报在班级展示。
以下是各课的具体教学建议：
1、第一课《我们常用的工具》教学建议
（1）小学六年级的学生在生活和学习的教程中已经认识了不少的工具，有些工具可能十分熟悉甚至经常使用。但是，他们可能不知道这些工具的工作原理，甚至不能科学合理地使用这些工具，也不曾有意识地去研究这些工具，因为选择这些学生熟悉、常用的工具作为这一单元学习的开端，可以引起学生的兴趣，调动他们的原有生活经验。
（2）面对身边种类繁多的工具，应该怎样来研究呢？建议选取典型的有一定结构的材料供学生研究。教材向学生提出的问题是，要想将一颗铁钉和一颗螺丝钉从木头里拔出来，选择什么工具会更加方便、省力？在研究过程中先试一试用各种工具分别来做这件事，看看有什么不同的感受？有没有发现值得研究的问题。然后，选择一个自己感兴趣的问题，制订一个研究计划：包括想研究的问题，对这个问题的猜测，研究的方法和需要准备的材料。这项活动的目的主要是让学生学会提出问题和学习科学研究的程序。
2、第二课《打开盖子的工具》教学建议
（1）教材上选择打开油漆桶和打开一瓶饮料这两个活动是精心选择的，这两个活动只包含杠杆这一种机械原理，并且恰好是省力杠杆的两种形式，希望通过这两个有结构的活动，学生对杠杆的三个点会有一个比较清楚的认识，形成杠杆的概念。
（2）学生动手尝试打开油漆桶。在活动过程中，引导学生特别注意观察盖子及工具各部分位置的变化，然后让学生画一幅草图来表示这一过程，使学生的思维由具体的工具，抽象为杠杆这一简单的机械。“打开一瓶饮料”的探究是在上前的活动基础上展开的，因此可以更为开放一些，鼓励学生自主研究开瓶器的特点和工作原理，能画出分析的草图。
（3）实验研究后，必须进行比较研究。比较打开油漆桶的铁片和打开饮料瓶的开瓶器的异同，得出两种不同的省力杠杆，加深对杠杆的理解。
3、第三课《杠杆的研究》教学建议
（1）学生认识了杠杆的省力作用，这时学生可能会提出心中的疑问：杠杆为什么能省力？所有的杠杆都能省力吗？这是本课的中心研究问题。教师要引导学生围绕探究问题，设计和制订研究计划。
（2）杠杆尺是本课的研究材料，研究前必须使学生能很好的认识到杠杆尺对本课研究的用途，以及了解杠杆尺的使用方法。
（3）杠杆的研究可以从杠杆的平衡入手，也可从杠杆是否省力入手。但重点是研究杠杆的省力原理，这是以后学习其它机械工作原理的基础。
4、第四课《螺丝刀里的科学》教学建议
（1）轮轴有很明显的省力作用，这是为什么呢？这是本课研究的重点。要让学生提出各种假设，选择有价值的假设设计一个研究计划，然后通过对比实验发现轮轴的秘密。
（2）研究时可以考虑使用测力计，能用数据更好地说明问题，测量也是一种重要的科学研究方法。
（3）教师演示的螺丝刀最好是组合型的，把粗柄和细杆拆分开来便于学生更好地理解轮和轴的概念。
5、第五课《动滑轮和定滑轮》教学建议
（1）定滑轮的研究和动滑轮的研究是有层次性的，定滑轮的研究以教师引入，动滑轮的研究强调学生自学的探究，要让学生自主制订一个研究计划。
（2）对“如果说滑轮也是一种杠杆，能找到它的三个点的位置吗？”的问题，建议学生用图示法来解释。
6、第六课《起重机》教学建议
（1）参观建筑工地的主要目的是让学生发现起重机上有许多定滑轮和动滑轮组成的滑轮组。要让学生分清滑轮组中，哪些是定滑轮，哪些是动滑轮？从而搞清滑轮组的组成。
（2）探究活动的中心问题是滑轮组有什么作用？（滑轮组能省力吗？怎样的滑轮组更省力？）要引导学生提出假设，并合作设计探究的方案。
7、第七课《在斜坡上》教学建议
（1）课文探究的中心问题是：斜面有什么作用？（斜面能省力吗？怎样的斜面更省力？）
（2）因为学生前面已经研究了许多简单机械，所以本课应更开放些，重点放在让学生制订合理研究计划，展开科学的研究过程。
8、第八课《我的自行车》教学建议
（1）自行车的研究是一项长期的观察活动，需要提前进行。在学习第七课“斜面”以前就可以开始。
（2）本课可以自己安排教学时间，用3课时完成本课的学习。第一课时观察自行车上应用了哪些简单机械原理。第二课时重点研究自己感兴趣的机械问题，成立研究小组，制订研究计划。第三课时研究成果的展示、交流、评价。
浙江省缙云县实验小学 321400
浙江省上虞市滨江小学 312300
