小学五年级科学“3.5 运动与摩擦力-三种摩擦力大小的比较”教学设计

小学五年级科学“3.5运动与摩擦力——三种摩擦力大小的比较”教学设计一、教材分析与设计理念本课选自教科版科学五年级上册第三单元“运动和力”第五课，是在学生认识“什么样的物体受到摩擦力”“摩擦力大小与接触面光滑程度、物体重量有关”之后的一次综合探究课。教材的编写意图十分清楚：让学生通过自主设计对比实验，比较滚动摩擦、滑动摩擦的大小差异，理解生活中人们减少或增大摩擦力的具体做法背后隐藏的科学道理，从而形成“力可以改变物体运动状态”的单元核心概念。本课教学着重解决三个问题。其一，学生已有“拉力多大，摩擦力就多大”的测量经验，但还不能把这一测量方法迁移到“滚动与滑动的对比”情境中；其二，学生对“车轮为什么可以省力”只有生活直觉，缺乏数据支撑；其三，学生容易把“摩擦力越小越好”绝对化，需要建立摩擦利弊辩证看待的态度。基于以上分析，本课以“搬运重物的真实困境”为情境主线，以“猜想—设计—测量—论证—迁移”为探究路径，让学生在公平实验中说话，让数据代替感觉。本设计遵循2022年版义务教育科学课程标准关于“物质的运动与相互作用”领域的要求，突出科学探究与工程实践的融合，落实“能运用控制变量法设计简单实验”和“能基于证据得出结论”的学业要求。二、学情分析五年级学生对摩擦力并不陌生，他们在地面上拖过箱子、坐过滑滑梯、推过小车，积累了大量感性经验。通过前几课的学习，学生已经能够熟练地使用弹簧测力计测量物体滑动时受到的摩擦力，知道读数时要让物体做匀速运动，知道要重复测量、取较稳定的数据。但学生的认知存在三处“盲区”。第一，多数学生知道“圆的东西好滚，省劲”，却说不出省到哪里、省多少，猜想往往停留在“小一些”这种模糊表述，有的学生甚至认为滚着走就没有摩擦力。第二，学生设计对比实验时容易忘记控制变量，比如比较滚动与滑动时换了垫板、换了重物，导致数据无法比较。第三，学生处理数据的能力处于发展期，看到两组数据接近时容易无所适从，需要教师引导他们关注“量级差异”而非“零点几牛的小波动”。这些情状决定了本课的教学重心不在“教知识”，而在“扶探究”：扶设计、扶测量、扶解释。三、教学目标科学观念目标：知道同一个物体以滚动方式运动时受到的摩擦力明显小于以滑动方式运动时受到的摩擦力；知道生活中人们通过变滑动为滚动（如安装轮子、使用滚珠、使用滚筒）来减小摩擦力，通过增加接触面粗糙程度、增大压力来增大摩擦力。科学思维目标：能对“滚动摩擦与滑动摩擦哪个大”作出有依据的猜想，能识别比较实验中必须保持相同的条件，能对实测数据进行分析、比较和解释，初步体会用数据支持观点的论证方式。探究实践目标：能与小组成员合作完成“滚动与滑动摩擦力对比”的对比实验，规范使用弹簧测力计，正确读数并记录，重复测量并对异常数据进行甄别。态度责任目标：愿意倾听同伴意见，尊重实验事实，当实测结果与猜想不一致时敢于修正自己的看法；关注摩擦知识在交通、运动、生产中的运用，体会科学技术服务于生活。四、教学重点与难点教学重点：设计并完成“滚动摩擦与滑动摩擦大小比较”的对比实验，用数据说明滚动摩擦比滑动摩擦小得多。教学难点：实验中变量的控制以及对“滚动时也存在摩擦力”这一事实的理解。五、教学准备教师准备：装有书籍的整理箱一个、圆木棍数根、小车一辆、多媒体课件（古人搬运巨石图像、旱冰鞋和汽车轮轴承构造图、鞋底花纹与冰面事例图片）、演示用弹簧测力计。小组准备（每组一套）：小车一辆（车轮可锁死或垫砖块使车轮不能转动的替代装置）、弹簧测力计一个（量程5牛）、长木板或光滑垫板一块、钩码两个、实验记录单一张、记号笔一支。六、教学过程（一）情境导入：一箱书的搬运之争（约5分钟）上课伊始，教师把一个装满书的整理箱放在讲台上，先紧贴着地面推给第一位学生看，再把同样的箱子垫在几根圆木棍上轻轻一推，请学生说说两次推的感受。教师提问：为什么垫上圆棍后，这箱书变得这么“听话”？这里面藏着什么秘密？学生往往会说“圆的东西会滚”“滚起来就不费劲”。教师顺势追问：不费劲，说明什么变小了？学生交流后明确：垫上圆棍，箱子与地面之间由“滑着走”变成了“滚着走”，摩擦力变小了。教师板书课题——摩擦力的比较，并抛出本课的核心问题：同一个物体，滚动时的摩擦力和滑动时的摩擦力到底相差多少？我们能用实验量出来吗？这一环节用真实的体感冲突激活旧知，把“省劲”这种模糊语言引向“摩擦力大小”这一可测量的科学问题，为后面的探究确立了靶心。（二）聚焦问题：作出猜想并陈述理由（约5分钟）教师提出问题链：猜想一下，同一个物体在同一表面上运动，滑动摩擦力与滚动摩擦力哪个大？它们可能相差多少？是差不多，还是差很多？学生作出猜想。典型观点大致有三类：一是“滑动大，滚动的几乎为零”；二是“滚动小，但小不了太多”；三是“说不清，要看多重的东西”。教师不评判对错，只要求每种观点的学生说出理由，并把代表性猜想记录在黑板上，例如“滑动＞滚动”“相差很大”“滚动也有摩擦力”。教师小结：猜想要接受数据的审判，下面我们自己当裁判。此环节的目的是引导学生把自身经验转化为可检验的问题，同时保留认知悬念，使实验成为学生内在的需要，而不是教师指派的动作。（三）设计实验：在争辩中落实变量控制（约8分钟）教师引导：要公平地比较两种摩擦，哪些条件必须保持一致？教室里安静片刻后进入小组讨论，教师在行间倾听，捕捉有代表性的方案。全班交流中，师生共同敲定实验要点。第一，必须用同一辆小车、同样的载重（加相同数量的钩码），保证物体的重量相同。第二，必须在同一块垫板上拉动，保证接触面情况相同。第三，一次让车轮正常转动（滚动），一次把车轮固定住让车身贴着板面拖着走（滑动），保证两种运动方式形成对比。第四，都用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动，这样测力计的读数才等于摩擦力的大小。第五，每种方式各测三次，选比较稳定或居中的数据作为结果。教师提出一个引发思考的追问：汽车在路上行驶时，什么时候是“滚动”，急刹车轮子抱死时又变成了什么？学生由此理解“锁死车轮”就是模拟滑动状态，这一追问把实验装置与生活现象接上了轨。随后学生填写记录单上半部分的“我的猜想”和“实验条件”，教师检查各组方案后方可领取器材。（四）动手探究：分组测量两种摩擦力（约12分钟）学生分组实验。先测滚动：把小车放在垫板上，钩上测力计，沿水平方向缓缓拉动，使小车匀速前进，读出并记录表针数值，重复三次。再测滑动：让车轮不能自由转动（或用垫块卡住轮轴），同样方法匀速拖行，记录三次数据。教师巡视中重点关注三件事。一是拉动是否匀速，指针剧烈摆动的组，提示“慢一点、匀一点、视线与表盘平齐”；二是表格填写是否及时、单位（牛）是否漏写；三是发现个别小组两次测量差别不大时，蹲下来检查其原因——多为车轮未被真正锁死或垫板太脏，当场帮助排除。预期的实验现象十分明显：滚动摩擦力的读数一般在零点几牛，滑动摩擦力的读数往往为数牛，两者相差数倍乃至十倍以上。差异之大，足以让学生自己“哇”出声，这正是本课最有力的教学资源。（五）研讨交流：让数据开口说话（约7分钟）各组把关键数据填写到黑板上的汇总表中。教师组织全班观察这张表，提出阶梯式问题。第一个问题：每一个组的两组数据相比，哪个大？大多少？学生计算后得出一致结论：滑动摩擦力远远大于滚动摩擦力。第二个问题：滚动的数据是不是零？学生观察后确认不是零。教师点拨：看来“滚动时也有摩擦力”，只是很小，我们把这种摩擦叫滚动摩擦，把贴着表面滑行时的摩擦叫滑动摩擦。黑板上补充完善板书。第三个问题：回过头看，开课时垫圆棍的整理箱为什么好推了？学生能够脱口而出：圆棍把滑动变成了滚动，摩擦力变小了。第四个问题回到猜想：黑板上几位同学的猜想，哪些被数据支持了？哪些需要修正？被否定猜想的学生坦然修改板书，教师借此机会强调：科学不怕猜错，怕的是不看证据。哪一组的数据如果与众不同，我们更要珍惜——它提醒我们检查实验，这正是做科学的诚实态度。（六）拓展应用：给生活现象“把把脉”（约3分钟）教师呈现几幅情境：在重物下垫滚筒搬运机床、行李箱装上万向轮、圆珠笔尖的小钢珠、轴承里的滚珠、鞋底深深的纹路、冰面上撒沙子的汽车。请学生快速判断：哪些做法是在减小摩擦，用了什么办法？哪些是在增大摩擦，又用了什么办法？学生归纳出两条主线：变滑动为滚动（轮子、滚珠、滚筒）可以大大减小摩擦；而增加接触面粗糙程度（鞋底花纹、撒沙子）、增大压力则可以增大摩擦。教师补充：摩擦并非总是敌人，走路、写字、刹车都离不开它，关键在于根据需要“该小则小、该大则大”。（七）小结与延伸（约2分钟）师生共同回顾本课的探究路程：从推箱子的感受出发，作出猜想，设计对比实验，控制变量，用测力计测得数据，最后得出结论——同一个物体在同一表面上，滚动摩擦比滑动摩擦小得多，这就是人们给重物装轮子的科学理由。布置延伸任务：回家找一找自行车上有哪些地方用到了“滚动摩擦小”的道理（轮轴、脚踏中轴、链条滚子等），哪些地方又在故意增大摩擦（刹车皮、轮胎花纹、把手胶套），下一节课用一分钟向全班“报告一个发现”。七、板书设计课题：摩擦力的比较左侧：猜想区——滑动摩擦（大？）滚动摩擦（小？）中间：实验方法——控制变量：同一小车、同样载重、同一垫板、水平匀速拉动；改变条件：滚动/滑动右侧：结论——同一物体：滑动摩擦＞滚动摩擦（大很多）；滚动摩擦虽很小，但不是零下方：应用——变滑动为滚动可减小摩擦（轮子、滚珠、滚筒）；增加粗糙程度、增大压力可增大摩擦八、作业设计基础作业：完成活动手册中本课练习，重点写出“为什么行李箱装轮子比直接拖着走省力”的完整解释，要求用上“滑动摩擦”“滚动摩擦”两个词。实践作业：自行车的“摩擦地图”——观察一辆自行车，找出两处减小摩擦的设计和两处增大摩擦的设计，画图或拍照并配一句话说明。挑战作业（选做）：用同一辆小车，分别在桌面、毛巾、玻璃板上测量滑动摩擦力，看看接触面变化会怎样改变数据，想一想这和今天学的知识是否矛盾。九、教学反思要点预设本课成败的关键不在讲授而在实验。若学生测量时