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视频标签：全国小学科学,实验教学微课
所属栏目：模拟课、微型课及试讲
视频课题：第五届全国小学科学实验教学微课视频《用控制变量法探究影响小车运动快慢的因素》-张保山东
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国小学科学实验教学微课视频《用控制变量法探究影响小车运动快慢的因素》-张保山东省潍坊市临朐县第一实验小学小学科学
《用控制变量法探究影响小车运动快慢的因素》
临朐县第一实验小学 张 保
一、使用教材
苏教版小学科学四年级下册第三单元第4课《小车的运动》。
二、实验教学目标
本课是在学生已经学会识别运动、描述运动的基础上开始对具体运动问题的探究。教材首先提出了一个问题：“一辆载重汽车行驶的快慢与哪些因素有关？”，引导学生做出假设,然后用控制变量的方法设计对比实验验证假设，得出结论。体现了“问题——假设——实验——结论”的科学探究过程。内容贴近生活，四年级的学生能够对这一问题做出合理假设。但不能很好的理解“控制变量这一实验方法”以及如何应用设计对比实验。
基于以上教材与学情的分析，确定了以下教学目标：
知识与技能：根据生活经验，能够对影响小车快慢的因素提出假设。
过程与方法：经历影响小车运动快慢的探究活动，理解“控制变量”这一实验方法，并能设计探究小车运动快慢的对比性实验。
情感态度与价值观：能对实验中出现的问题提出质疑，并在改进的过程中体会科学的严谨性与准确性。
其中,经历影响小车运动快慢的探究活动，理解“控制变量”这一实验方法，并尝试设计相关对比性实验是本节课的教学重难点。
三、实验内容设计
（一）教材实验。
为帮助学生开展探究活动，教材提供了“小车运动的快慢与拉力大小有关”的实验范例。
图一 “小车运动的快慢与拉力大小有关”实验范例
用垫圈的重力做拉力，增加或减少垫圈的个数可以改变拉力的大小。定好起点和终点，使小车行驶的距离相同。用秒表记录小车从静止开始运动，在拉力大小不同的情况下，通过相同距离所用的时间长短，来判断小车的平均速度（s=v x t），也就是小车整体的运动快慢情况。实验中，拉力大小改变3次，每次改变要实验多次求平均值，最后分析数据，得出结论。
图二 “探究拉力大小对小车运动快慢的影响”实验记录单
（二）教材实验质疑。
而通过多次课堂实验发现，这一实验的最大困难在于，教材只用了一辆小车，单一轨道，在学生对控制变量这一实验方法不够理解的情况下，要求变量多次改变并重复实验，学生易处于混乱无序的状态。同时，还存在以下几点不足：
1. 确定好起点终点，想当然的认为小车会从起点直线行驶到终点，而实际上往往会走“弯路”。小车行驶的距离并不完全相同，记录的时间就没有参考性。
2.小木块并不稳定，当拉力增大时，快速行驶的小车和小木块激烈碰撞，易把木块撞歪或撞掉，小车掉落，损毁实验器材。同时细线与小木块接触的部分也会产生不可忽视的摩擦力，影响实验结果的准确性。
3.原实验没有非常清晰的展示如何改变垫圈的个数，许多教师让学生将垫圈穿过细线后打结。但是学生的手指还不够灵活，很难快速的打结和解开，操作麻烦，浪费时间。同时教材选用的垫圈的容易重力偏小，当个数接近时，拉力大小变化不大，实验效果不明显。
4.实验中最关键的一点，小车开始运动后，计时也要同时开始，但实际上学生之间的配合不够默契，往往出发和计时不同步，记录的时间并不精确。
四、实验器材。
基于以上问题对实验装置进行改进，设计了多轨道同步对比实验板。
图三 多轨道同步对比实验板
需要用到的实验器材有： 木板、小车、秒表、铜丝、定滑轮（自制）、“S”形钩、细线、闸刀开关、 钩码、螺帽以及各种辅助性材料。
五、实验创新要点。
下面我们来详细看一下改进要点。
（一）在木板上固定三根铜丝，构建三条直线轨道。小车底部固定大头针，使小车沿铜丝直线行驶不脱轨。
（二）在木板末端安装3个自制定滑轮，两端是活动的螺帽，可以随意调整高度，同时减小与细线接触时的摩擦力。
（三）然后将细线一端连接小车，另一端增加“s”形钩，用稍重的螺帽代替垫圈，直接挂上。将细线绕过定滑轮，小车放置在轨道上。
（四）起点位置增加小车同步释放装置，用尖端的小棒阻挡住三辆小车，启动后，三根小棒同时抬起，同时释放小车。
（五）计时方面，突破原实验分别计时的方法，将三块秒表改装，实现起点处同步计时，秒表垂直固定，360度旋转，方便从不同的角度观察时间。而在终点处用闸刀开关结束计时。闸刀式开关可以避免小车反弹时二次碰撞影响计时。同时同步计时装置的开关安装在释放装置的下面，在释放小车的同时启动计时，使计时与释放同步进行。
六、实验设计思路。
实验时，调整定滑轮的高度，使细线水平。启动装置，螺帽提供的拉力会使小车沿铜丝直线行驶，到达终点时分别碰撞开关，单条轨道计时结束。这样，利用三辆小车，三条轨道，不仅能够直观的看到变量与不变量，加深对实验方法的理解，同时一次实验就会得到三辆小车通过相同距离分别用的时间，操作简单，对比明显。
要注意的是：
（一）实验中的三辆小车要提前调试，尽量避免来自小车本身的干扰因素。
（二）要综合考虑运动的距离和实验台的高度确定了合适的细线长度，同时对木板进行增高处理，避免实际教学环境中因实验台太矮使螺帽触地的情况。
七、实验教学内容。
主要有三个环节：提出假设、实验验证、总结应用。
一、提出假设。
以动画的形式直观展现载重汽车运动的画面，激发学生探究的兴趣。并引导学生提出假设：小车运动的快慢可能与载重、拉力、路况等有关。
二、实验验证。
（一）认识实验装置。
实验时，有同学将钩码的重力当作拉力，螺帽模拟载重，这显然是不合理的。所以首先要认识实验装置,明确实验装置的使用方法。
（二）改良记录单。
在教材原实验记录单的基础上进行改良，增加变量记录,更注重记录学生的思维过程，梳理实验思路，为实验操作做好准备。
问题：小车运动的快慢与什么因素有关？
我们小组的假设：小车运动的快慢与（ ）有关。
变量/不变量 在选择因素下面画“√”
保持不变 拉力大小、载重量、路况......
需要改变 拉力大小、载重量、路况......
怎样改变？
图四 变量记录单
（三）实验验证。
除了教材中探究的拉力因素，又增加了载重这一因素，实验内容更加丰富，下面来详细看一下探究过程。
探究拉力因素时，载重，即钩码的个数不变，路面等情况也完全相同,只有拉力的大小变化。在三条轨道的“s”形钩上挂不同个数的螺帽，进行实验。
图五 螺帽个数不同，表示拉力是变量 图六 钩码个数不相同，表示载重是不变量
一次实验就可以得到一组精确地时间对比数据。重置清零后，可以重复实验并求平均值。从学生的实验记录单可以看出：小车从静止开始运动，拉力越大，通过相同距离所用时间越短，小车整体运动要快一些。
图七 《小车运动的快慢与拉力大小有关》实验记录单
探究载重这一因素时，让学生尝试自主设计实验方案后班级交流，明确：载重要变化，即钩码的个数要不同，其它都不变，然后进行实验。
图八 钩码个数不同，表示载重是变量 图九 螺帽个数相同，表示拉力是不变量
通过改进前后的对比实验记录发现改进后得到的实验数据更加精确，从而得出：载重越大，通过相同距离的时间越长，小车整体运动的慢一些。
（三）总结应用。
以上环节都从不同的角度让学生理解控制变量这一实验方法。在这及时总结，让学生对这一方法有更清晰的认识。然后尝试设计对比实验探究小车运动的快慢与路况之间的关系，加深对实验方法的理解。
八、实验效果评价。
一、创新实验装置，优化实验过程。
本次实验创新实验装置，借助三辆小车，三条轨道，能够直观对比明确变量与不变量，加深对实验方法的理解。同时实现了小车释放与计时同步，优化实验过程，突破重难点。
二、形象直观，符合学生的认知水平。
本次创新实验装置都是基于问题出发，简单明了，形象直观，符合小学生的认知水平。
作者姓名：张 保
单位：临朐县第一实验小学
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
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