李佩寧

人類的戰(zhàn)爭史也是一部認(rèn)識科學(xué)規(guī)律、利用科學(xué)規(guī)律的歷史，科學(xué)對于戰(zhàn)爭形態(tài)的變化起到了顛覆性的作用。如投石車的出現(xiàn)改變了攻城戰(zhàn)爭的形態(tài)，巨大的石塊被利用杠桿原理拋出，這就是古代的“炮（砲）”。投石車在冷兵器時代，堪稱超遠(yuǎn)程打擊。通過探尋歷史來學(xué)習(xí)科學(xué)，能夠促進文理學(xué)科的融合。

一、課程重點

本課程旨在讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)歷史事件、物理概念、測量方法等，根據(jù)探究過程和記錄的實驗數(shù)據(jù)，分析、歸納投石車的規(guī)律和拋物線的軌跡，利用規(guī)律模擬歷史上的戰(zhàn)爭情形。

【涉及領(lǐng)域】物理、數(shù)學(xué)

【建議年級】小學(xué)中年級

【建議時間】110分鐘

二、課程任務(wù)

學(xué)生首先學(xué)習(xí)人類使用投石車的歷史以及古代投石車的種類，嘗試總結(jié)投石車的物理特征。之后，將親自制作一個投石車，并根據(jù)工作單并要求測試，嘗試控制投擲的距離和投擲的角度。最后，根據(jù)教師給定的情景完成投石車的發(fā)射。成功的小組上臺展示出說明。需要額外說明的是，任務(wù)中的材料用量是有限制的。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（20分鐘）

教師引入人類使用投石車的歷史以及古代投石車的分類和原理，讓學(xué)生對投石車有基本的認(rèn)識。比如，投石車的出現(xiàn)對于古代戰(zhàn)爭形態(tài)的變化有巨大的促進作用；按照投石車的力量來源可分為人力投石車、重力投石車、扭力投石車、彈力投石車……之后，讓學(xué)生嘗試總結(jié)投石車的物理特征。

2.觀察任務(wù)（20分鐘）

學(xué)生通過教師給出的各種投石車的圖片，總結(jié)投石車能夠成功發(fā)射要具備哪些要點。觀察后填寫工作單1（見圖1），之后各小組匯報成果。

在學(xué)生觀察過程中，教師要重點講解以下內(nèi)容。

（1）什么是費力杠桿？什么是省力杠桿？

（2）費力杠桿有哪些優(yōu)勢？（節(jié)省移動距離，單位時間移動的距離更遠(yuǎn)，速度更快。）

（3）出示圖片，讓學(xué)生尋找生活中哪些事物或應(yīng)用是費力杠桿（如剪刀、筷子、手臂、扇子、鑷子、湯勺、起重機、魚竿、船槳等），體會費力杠桿的作用。

（4）投石車為什么不能用省力杠桿？（單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過相同的角度，半徑越大，則切線速度越大。因此，投石車是費力杠桿的第一個原因在于增大石塊投出時的速度。此外，正是因為費力杠桿費力但是節(jié)省距離，才能放大動作的速度。反過來想，如果阻力臂要達(dá)到相同速度，省力杠桿的動力臂需要更大的速度，而費力杠桿的動力臂則需要很小的速度。）

3.挑戰(zhàn)任務(wù)（50分鐘）

各小組根據(jù)在上一個任務(wù)中發(fā)現(xiàn)并匯總的要點，在工作單1中設(shè)計圖紙并制作能投擲棉花糖的“投石車”，要求該投石車可以人為控制調(diào)節(jié)射程。圖紙和實物要體現(xiàn)工作單1中的要點。學(xué)生自選以下材料完成“投石車”的制作任務(wù)。

【材料】棉花糖，20根皮筋，10雙一次性筷子，鋁箔，熱熔膠槍，細(xì)棉線

教師宣布該環(huán)節(jié)的測試任務(wù)和攻城任務(wù)，并呈現(xiàn)評價量規(guī)（見表1）。

【測試任務(wù)】各組完成制作任務(wù)后要進行測試，記錄達(dá)到不同的射程和高度需要如何配置投石車，制作投石車發(fā)射手冊。

【攻城任務(wù)】能夠從不同位置、不同距離與高度“對城池進行炮擊”。填寫工作單2（見圖2）。

4.總結(jié)和反思（20分鐘）

全部小組完成后，教師組織討論以下問題。

（1）你們組在意見上是否有分歧？有哪些分歧？最終彼此是如何達(dá)成一致的？

（2）你們小組是怎么解決射程可調(diào)這個問題的？

（3）怎樣使你們的設(shè)計更加優(yōu)化，以降低成本和快速組裝？

【拓展任務(wù)】在實戰(zhàn)中，如果城墻破壞嚴(yán)重，即便攻下城池，也需要進行長時間的城墻修補，而如果這時敵人反攻回來，則不利于防守。那么在不破壞城墻的前提下，你能想辦法讓投石車打到躲在墻后面的敵人和武器嗎？

（責(zé)任編輯 張慧籽）