視頻簡介：
視頻標簽：全國小學科學,實驗教學微課
所屬欄目：模擬課、微型課及試講
視頻課題：第五屆全國小學科學實驗教學微課視頻《用控制變量法探究影響小車運動快慢的因素》-張保山東
教學設計、課堂實錄及教案：第五屆全國小學科學實驗教學微課視頻《用控制變量法探究影響小車運動快慢的因素》-張保山東省濰坊市臨朐縣第一實驗小學小學科學
《用控制變量法探究影響小車運動快慢的因素》
臨朐縣第一實驗小學 張 保
一、使用教材
蘇教版小學科學四年級下冊第三單元第4課《小車的運動》。
二、實驗教學目標
本課是在學生已經學會識別運動、描述運動的基礎上開始對具體運動問題的探究。教材首先提出了一個問題：“一輛載重汽車行駛的快慢與哪些因素有關？”，引導學生做出假設,然后用控制變量的方法設計對比實驗驗證假設，得出結論。體現了“問題——假設——實驗——結論”的科學探究過程。內容貼近生活，四年級的學生能夠對這一問題做出合理假設。但不能很好的理解“控制變量這一實驗方法”以及如何應用設計對比實驗。
基于以上教材與學情的分析，確定了以下教學目標：
知識與技能：根據生活經驗，能夠對影響小車快慢的因素提出假設。
過程與方法：經歷影響小車運動快慢的探究活動，理解“控制變量”這一實驗方法，并能設計探究小車運動快慢的對比性實驗。
情感態度與價值觀：能對實驗中出現的問題提出質疑，并在改進的過程中體會科學的嚴謹性與準確性。
其中,經歷影響小車運動快慢的探究活動，理解“控制變量”這一實驗方法，并嘗試設計相關對比性實驗是本節課的教學重難點。
三、實驗內容設計
（一）教材實驗。
為幫助學生開展探究活動，教材提供了“小車運動的快慢與拉力大小有關”的實驗范例。
圖一 “小車運動的快慢與拉力大小有關”實驗范例
用墊圈的重力做拉力，增加或減少墊圈的個數可以改變拉力的大小。定好起點和終點，使小車行駛的距離相同。用秒表記錄小車從靜止開始運動，在拉力大小不同的情況下，通過相同距離所用的時間長短，來判斷小車的平均速度（s=v x t），也就是小車整體的運動快慢情況。實驗中，拉力大小改變3次，每次改變要實驗多次求平均值，最后分析數據，得出結論。
圖二 “探究拉力大小對小車運動快慢的影響”實驗記錄單
（二）教材實驗質疑。
而通過多次課堂實驗發現，這一實驗的最大困難在于，教材只用了一輛小車，單一軌道，在學生對控制變量這一實驗方法不夠理解的情況下，要求變量多次改變并重復實驗，學生易處于混亂無序的狀態。同時，還存在以下幾點不足：
1. 確定好起點終點，想當然的認為小車會從起點直線行駛到終點，而實際上往往會走“彎路”。小車行駛的距離并不完全相同，記錄的時間就沒有參考性。
2.小木塊并不穩定，當拉力增大時，快速行駛的小車和小木塊激烈碰撞，易把木塊撞歪或撞掉，小車掉落，損毀實驗器材。同時細線與小木塊接觸的部分也會產生不可忽視的摩擦力，影響實驗結果的準確性。
3.原實驗沒有非常清晰的展示如何改變墊圈的個數，許多教師讓學生將墊圈穿過細線后打結。但是學生的手指還不夠靈活，很難快速的打結和解開，操作麻煩，浪費時間。同時教材選用的墊圈的容易重力偏小，當個數接近時，拉力大小變化不大，實驗效果不明顯。
4.實驗中最關鍵的一點，小車開始運動后，計時也要同時開始，但實際上學生之間的配合不夠默契，往往出發和計時不同步，記錄的時間并不精確。
四、實驗器材。
基于以上問題對實驗裝置進行改進，設計了多軌道同步對比實驗板。
圖三 多軌道同步對比實驗板
需要用到的實驗器材有： 木板、小車、秒表、銅絲、定滑輪（自制）、“S”形鉤、細線、閘刀開關、 鉤碼、螺帽以及各種輔助性材料。
五、實驗創新要點。
下面我們來詳細看一下改進要點。
（一）在木板上固定三根銅絲，構建三條直線軌道。小車底部固定大頭針，使小車沿銅絲直線行駛不脫軌。
（二）在木板末端安裝3個自制定滑輪，兩端是活動的螺帽，可以隨意調整高度，同時減小與細線接觸時的摩擦力。
（三）然后將細線一端連接小車，另一端增加“s”形鉤，用稍重的螺帽代替墊圈，直接掛上。將細線繞過定滑輪，小車放置在軌道上。
（四）起點位置增加小車同步釋放裝置，用尖端的小棒阻擋住三輛小車，啟動后，三根小棒同時抬起，同時釋放小車。
（五）計時方面，突破原實驗分別計時的方法，將三塊秒表改裝，實現起點處同步計時，秒表垂直固定，360度旋轉，方便從不同的角度觀察時間。而在終點處用閘刀開關結束計時。閘刀式開關可以避免小車反彈時二次碰撞影響計時。同時同步計時裝置的開關安裝在釋放裝置的下面，在釋放小車的同時啟動計時，使計時與釋放同步進行。
六、實驗設計思路。
實驗時，調整定滑輪的高度，使細線水平。啟動裝置，螺帽提供的拉力會使小車沿銅絲直線行駛，到達終點時分別碰撞開關，單條軌道計時結束。這樣，利用三輛小車，三條軌道，不僅能夠直觀的看到變量與不變量，加深對實驗方法的理解，同時一次實驗就會得到三輛小車通過相同距離分別用的時間，操作簡單，對比明顯。
要注意的是：
（一）實驗中的三輛小車要提前調試，盡量避免來自小車本身的干擾因素。
（二）要綜合考慮運動的距離和實驗臺的高度確定了合適的細線長度，同時對木板進行增高處理，避免實際教學環境中因實驗臺太矮使螺帽觸地的情況。
七、實驗教學內容。
主要有三個環節：提出假設、實驗驗證、總結應用。
一、提出假設。
以動畫的形式直觀展現載重汽車運動的畫面，激發學生探究的興趣。并引導學生提出假設：小車運動的快慢可能與載重、拉力、路況等有關。
二、實驗驗證。
（一）認識實驗裝置。
實驗時，有同學將鉤碼的重力當作拉力，螺帽模擬載重，這顯然是不合理的。所以首先要認識實驗裝置,明確實驗裝置的使用方法。
（二）改良記錄單。
在教材原實驗記錄單的基礎上進行改良，增加變量記錄,更注重記錄學生的思維過程，梳理實驗思路，為實驗操作做好準備。
問題：小車運動的快慢與什么因素有關？
我們小組的假設：小車運動的快慢與（ ）有關。
變量/不變量 在選擇因素下面畫“√”
保持不變 拉力大小、載重量、路況......
需要改變 拉力大小、載重量、路況......
怎樣改變？
圖四 變量記錄單
（三）實驗驗證。
除了教材中探究的拉力因素，又增加了載重這一因素，實驗內容更加豐富，下面來詳細看一下探究過程。
探究拉力因素時，載重，即鉤碼的個數不變，路面等情況也完全相同,只有拉力的大小變化。在三條軌道的“s”形鉤上掛不同個數的螺帽，進行實驗。
圖五 螺帽個數不同，表示拉力是變量 圖六 鉤碼個數不相同，表示載重是不變量
一次實驗就可以得到一組精確地時間對比數據。重置清零后，可以重復實驗并求平均值。從學生的實驗記錄單可以看出：小車從靜止開始運動，拉力越大，通過相同距離所用時間越短，小車整體運動要快一些。
圖七 《小車運動的快慢與拉力大小有關》實驗記錄單
探究載重這一因素時，讓學生嘗試自主設計實驗方案后班級交流，明確：載重要變化，即鉤碼的個數要不同，其它都不變，然后進行實驗。
圖八 鉤碼個數不同，表示載重是變量 圖九 螺帽個數相同，表示拉力是不變量
通過改進前后的對比實驗記錄發現改進后得到的實驗數據更加精確，從而得出：載重越大，通過相同距離的時間越長，小車整體運動的慢一些。
（三）總結應用。
以上環節都從不同的角度讓學生理解控制變量這一實驗方法。在這及時總結，讓學生對這一方法有更清晰的認識。然后嘗試設計對比實驗探究小車運動的快慢與路況之間的關系，加深對實驗方法的理解。
八、實驗效果評價。
一、創新實驗裝置，優化實驗過程。
本次實驗創新實驗裝置，借助三輛小車，三條軌道，能夠直觀對比明確變量與不變量，加深對實驗方法的理解。同時實現了小車釋放與計時同步，優化實驗過程，突破重難點。
二、形象直觀，符合學生的認知水平。
本次創新實驗裝置都是基于問題出發，簡單明了，形象直觀，符合小學生的認知水平。
作者姓名：張 保
單位：臨朐縣第一實驗小學
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
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