资源简介

3.8 测试"过山车"
【教科版 三年级上册 科学】
课题 3.8 测试"过山车"
单元 第三单元 物体的运动
课型 实验探究课
课时 1课时（40分钟）
教材版本 教科版三年级上册科学
教学方法 实验法、观察法、比较法、讨论法
教学用具 各小组自制的"过山车"模型、小球（模拟小车）、秒表、软尺、细绳、小木块、方向盘/方位盘
教材分析 本节是第三单元"物体的运动"中的第八课，也是"设计和制作"之后的测试与评估课。在前面七课中，学生已经学习了描述物体位置（第1课）、认识运动形式和路线（第2-3课）、比较运动快慢的两种方法（第4-5课）、认识运动的能量（第6课），并在第7课动手设计制作了自己的"过山车"模型。本节是这些知识的综合应用课——学生需要用小球模拟小车，在自制的轨道上完成测试，从"位置描述""运动方式""速度快慢""能量大小"四个维度综合评估过山车的运行效果，并根据测试结果进行改进。本节体现了"工程设计与迭代"的思想——测试→发现问题→改进→再测试，是科学探究与工程设计融合的典型案例。
学情分析 三年级学生经过前七课的学习，已经具备描述运动位置、判断运动形式、比较运动快慢、认识运动与能量关系的基本能力。第7课动手制作"过山车"时，学生投入了极大的热情和创造力，对自己的作品有强烈的展示欲望。本节的关键挑战在于：①如何将分散的多个知识点（位置、运动、快慢、能量）整合到"过山车测试"这一综合任务中；②如何引导学生用科学的语言描述观察结果；③如何从测试中发现改进方向，而不是简单地"好"或"不好"。因此教学设计采用"展示→测试→多维评估→改进"的递进结构，让每个小组都经历完整的"测试—反馈—优化"工程思维流程。
学习目标
● 能够用小球代替小车在自制轨道上进行测试，观察并描述小球的运动状态。
● 能够以起点为中心，利用方位盘和软尺描述小球停止时的位置。
● 能够观察并描述小球从高处滚落时的运动方式（直线/曲线）和速度变化（加速/减速）。
● 能够利用工具比较不同"过山车"上小球运动的快慢以及到达终点时的能量大小。
● 能够根据测试结果，提出改进"过山车"轨道的具体方案。
● 体验"测试→评估→改进"的工程思维过程，培养合作交流与动手实践能力。
教学重点与难点
重点：从"位置""运动方式""快慢""能量"四个维度综合测试和评估过山车的运行效果。
难点：根据测试结果提出合理的改进方案，并将多维度测试结论整合为综合评估意见。
一、聚焦——展示我们的"过山车"（约6分钟）
回顾与展示（对应第1-2页）
测试"过山车"
【教师活动】上节课各小组齐心协力制作了自己的"过山车"轨道模型，老师看到大家的作品都非常有创意。但是，这个"过山车"到底好不好用？小球能不能顺利到达终点？运动过程中会不会卡住？今天我们就来当一回"质量检测员"，用科学的方法好好测试一下我们的作品！
【学生活动】各小组展示自己的"过山车"模型：
生1：我们小组的过山车从高到低一共有三次转弯，起点很高，终点在地面上，轨道用积木搭的，接口处用胶带加固过。
生2：我们设计了三段不同坡度的斜面——第一段很陡，第二段平缓一些，第三段有螺旋弯道，想让小球在弯道那里转圈。
生3：我们组的轨道比较长，用了四段直线和两段曲线连接，最高处搭了三层积木，希望能让小球跑得很快。
【教师活动】听了大家的介绍，每个小组的设计都有各自的特点：有的注重转弯变化，有的讲究坡度层次，有的追求轨道长度。评价一个过山车好不好，不能光看介绍，还得实际测试——让小球替我们"说话"。接下来我们就要从几个方面来检测大家的作品。
【知识点】1：测试是工程设计的重要环节。设计和制作完成后，必须通过测试来验证效果——测试就像"作品体检"，能帮我们发现制作过程中没有注意到的问题。优秀的工程师不会只说"我的设计很棒"，而是会用数据和观察来证明。今天我们要当"小质检员"，从不同角度评估过山车的性能。
明确测试要求（对应第3页）
【教师活动】测试之前，我们先明确一下要求。请看大屏幕上的三个要点：①用小球代替小车在轨道上测试——小球是我们今天的主角；②注意观察小球有没有脱轨、卡顿的现象——如果有就要及时调整；③最终目标是让小球能顺利到达终点。大家觉得为什么测试时要特别关注"脱轨"和"卡顿"？
【学生活动】学生思考后回答：
生1：脱轨说明轨道不够稳，或者弯道设计得太急了，小球速度快的时候会飞出去。这就跟真的过山车一样，安全最重要。
生2：卡顿可能是因为轨道连接处不平滑，或者坡度不够导致小球动能不足，爬到一半就停住了。就像我们上次学的——能量不够就上不了坡。
生3："顺利到达终点"是基本要求——如果连终点都到不了，再好看的设计也是失败的。先保证能到终点，再想办法让它更快、更刺激。
【教师活动】三位同学分析得非常到位。第一位提到了安全性——对应工程中的可靠性；第二位用到了上节课"运动与能量"的知识来解释卡顿的原因；第三位提出了测试的层次——先看"能不能到"，再看"好不好"。现在各小组先用小球试跑一次，观察有没有明显的脱轨和卡顿问题，有的话立刻调整。
【知识点】2：脱轨和卡顿是过山车测试中最常见的两类问题。脱轨（小球飞出轨道）的原因：①弯道太急、小球惯性大→离心力使其飞出；②轨道边缘太低、缺乏防护。卡顿（小球中途停止）的原因：①坡度不够→小球动能不足（联系第6课运动与能量）；②轨道连接处不平滑→摩擦力过大。发现这两个问题后的调整办法：加固弯道外侧、增加轨道边缘高度（防脱轨）；增加起点高度或修平连接处（防卡顿）。
【过渡语】初步试跑之后，大家应该已经发现了一些小问题并且做了调整。接下来，我们要像真正的科学检测一样，从几个不同的方面来全面测试我们的过山车！
二、交流评估——全方位测试过山车（约20分钟）
测试一：描述小球停止时的位置（对应第5页）
【教师活动】第一个测试任务：让小球从起点出发，沿轨道运动直到自然停止。然后以起点为中心，借助方向盘（方位盘）和软尺，准确描述小球停止在哪里。还记得第一课学的位置描述方法吗？需要用到哪两个工具？
【学生活动】学生回顾旧知并实践：
生1：描述位置需要两个信息——方向和距离。方向盘（方位盘）告诉我们方向（东、南、西、北……），软尺帮我们量距离。
生2：我们组的小球从起点出发，最终停在了起点东偏北的方向，用软尺量出来距离是87厘米。所以小球停止的位置是"起点东偏北约87厘米处"。
生3：我们组停得更远——起点正东方向，距离115厘米。我发现描述位置的时候，先说方向再说距离比较清楚。
【教师活动】非常好！第一位复习了位置描述的两个要素，第二、三位各自用到了方位盘和软尺来测量。这也是第一课知识的灵活应用——学过的知识不是考完就忘的，而是要在新的场景中反复使用的。把"方向+距离"合在一起说，就能准确描述小球停止的位置。
【知识点】3：以参照物为中心描述位置有两个核心要素——①方向：用方位盘或方向盘确定（如正东、东北、西南等）；②距离：用软尺测量（如87厘米、115厘米）。完整表述格式："以起点为中心，（方向），约（距离）厘米处"。这是第一课"描述物体的位置"知识的实际应用，也是位置描述的通用语言——生活中导航App告诉你的"前方300米右转"其实也是同样的原理：方向+距离。这里的方向盘（方位盘）和软尺是两个关键工具。
各小组小球停止位置记录（示例）：
小组 停止方向（以起点为中心） 停止距离（cm） 完整位置描述
第一组 正东 87 起点正东方向约87厘米处
第二组 东偏北 115 起点东偏北约115厘米处
第三组 东南 72 起点东南方向约72厘米处
第四组 正北 98 起点正北方向约98厘米处
测试二：观察运动方式和速度变化（对应第6页）
【教师活动】第二个测试任务更有趣——让小球从高处滚落，仔细观察它的运动方式和速度变化。请大家一边看一边想：小球在轨道上走的是怎样的路线？速度是均匀的还是变化的？注意，这里有两个关键词：运动方式（路线的形状）+ 速度变化（快慢的变化）。
【学生活动】学生认真观察小球滚落后描述：
生1：我们组的小球在直线段走的是直线运动，在弯道段变成了曲线运动。而且我发现同一段直线里，小球的速度也不是均匀的——下坡的时候越来越快，平缓的地方会慢下来。
生2：小球刚出发的时候最慢，到第一个陡坡滚下来时速度突然快了很多，到弯道转弯时会稍微减速，然后再下一个坡又加速。速度变化是：慢→快→稍微慢→再快→……这样的起伏。
生3：我们观察到了两种运动方式混合——直线运动+曲线运动。直线部分速度变化比较大（下坡加速、平路稍微减速），曲线部分整体在减速，因为转弯要消耗一些能量。这是不是和上上节课学的"运动与能量"有关？
【教师活动】太精彩了！第三位同学直接联系到了第6课的知识。确实，小球在轨道上的运动不是"一刀切"的——它既有直线运动也有曲线运动，速度也在不停地变化：下坡加速（重力作用）、上坡减速（克服重力）、转弯消耗能量（摩擦力和向心力）。这说明真实的运动比我们课本上学的基本类型要复杂得多——学会了基本知识，才能看懂复杂现象。
【知识点】4：小球在过山车轨道上的运动是复合运动——包括直线运动和曲线运动的交替出现。速度不是恒定的，变化规律如下：①下坡（斜面）：加速——重力使小球获得更多动能（联系第6课：高度→速度）；②上坡（斜面）：减速——小球用动能克服重力做功；③平路：基本匀速或缓慢减速——摩擦力起作用；④弯道（曲线）：整体减速——向心力和摩擦力消耗能量。这就是为什么过山车的起点必须最高——只有起点足够高，小球才有足够的能量跑完全程。
小球从高处滚落——观察运动方式和速度变化
测试三：比较小球在不同过山车上的快慢（对应第7-8页）
【教师活动】接下来我们来比一比——不同小组的过山车，小球在上面跑得谁快谁慢？我们可以用秒表记录小球从起点到终点所用的时间，也可以测量在一定时间内小球滚动的距离。想一想，这两种方法分别对应我们学过的哪种比较方法？
【学生活动】学生回顾并应用比较方法：
生1：用秒表测时间——各组的过山车轨道长度可能不一样，所以不是"相同距离比时间"。但我们可以"相同时间比距离"——比如都计时5秒，看哪组的小球滚得远。
生2：也可以各组的轨道都测出来有多长，然后比较小球跑完全程用了多少时间，不过因为各组的轨道长度不一样，不能直接比时间……要算"单位距离用的时间"才行。
生3：我觉得最简单公平的方法就是——统一用"相同时间比距离"。因为轨道是各组自己设计的，长度不可能一样。"相同时间"最容易控制。
【教师活动】第三位同学抓住了关键！各组轨道长度不同，因此"相同距离比时间"不适用——"相同时间比距离"才是今天最公平的比较方式。我们可以统一计时（比如5秒），然后用软尺测量各小组的小球在这5秒内滚动了多远。也可以用细绳沿着轨道贴一遍，再拉直用软尺量出轨道的总长度。现在请各组开始测试，记录数据。
【知识点】5：不同过山车轨道的长度不同，不能用"相同距离比时间"，只能用"相同时间比距离"来比较小球运动的快慢——这是第5课知识的实际应用。测量工具：秒表（控制时间）、软尺（测量距离）、细绳（沿轨道量长度再拉直测量）。比较快慢的关键：保证时间相同→比较距离。5秒内滚动距离越远→运动越快。
利用工具比较不同过山车上小球运动的快慢
各小组小球快慢测试记录（示例）：
小组 测试时间（秒） 小球滚动距离（cm） 快慢排名 排名依据
第一组 5 138 第1名（最快） 相同时间内距离最远（138cm）
第二组 5 112 第3名 距离中等（112cm）
第三组 5 95 第4名 距离较短（95cm）
第四组 5 125 第2名 距离较远（125cm）
测试四：比较小球到达终点时的能量大小（对应第9页）
【教师活动】最后一个维度的测试——能量。在第6课我们学过，运动的物体具有能量。能量大的小球能推动更重的障碍物。现在我们在终点放一个小木块，让每组的小球从各自轨道的最高点出发，看看小球到达终点时能不能撞动小木块，能撞多远。撞得越远，说明小球到达终点时的能量越大。大家猜猜看——哪个小组的小球能量会最大？
【学生活动】学生预测并动手测试：
生1：我猜起点最高的组能量最大，因为第6课学过——"物体的高度越高，运动会获得的能量越大"。起点高的组小球滚下来积攒的能量就多。
生2：不一定光看起点高度——如果轨道上坡多、转弯多，能量会在中途被消耗掉，到终点时剩下的就不多了。还要看轨道的"截弯取直"程度。
生3：我们组测试了：小球撞小木块之后，小木块被推出了23厘米。和另一组（推了31厘米）比，说明我们的小球能量不如他们的大。他们的起点确实比我们高。
【教师活动】大家的分析非常深入！起点高度决定了小球的总能量（初始势能转化为动能），但轨道上的上坡、弯道、摩擦都会消耗一部分能量，真正到达终点的能量是"总能量 - 沿途消耗"。所以——能量大的过山车不一定是起点最高的，而是"起点高+路径顺畅"的那一个。这就是为什么工程师设计过山车时要综合考虑高度和路径。
【知识点】6：比较小球到达终点时的能量大小——用小木块被撞出的距离来衡量。能量越大→小木块被撞得越远（联系第6课：运动的物体具有能量，能量大的物体能对障碍物做更多的功）。影响因素有两个：①起点高度——高度越高，小球获得的势能转化为动能越多（初始能量大）；②轨道路径——上坡和弯道越多，沿途消耗的能量越多（到达终点时剩余能量少）。所以终点能量 = 初始能量 - 途中消耗。这也是为什么好的过山车要"起点高、路径顺"——让小球又快又有力地到达终点。
各小组小球能量大小测试记录（示例）：
小组 起点相对高度 小木块被撞出距离（cm） 能量排名 分析
第一组 高（三层积木） 31 第1名（能量最大） 起点高+直道多→消耗少→终点能量大
第二组 中（两层积木） 18 第3名 起点中等+弯道多→消耗大→终点能量中等
第三组 较高（三层积木） 26 第2名 起点较高但有一个大弯道→部分能量被消耗
第四组 低（一层积木） 11 第4名（能量最小） 起点低→总能量少→终点能量小
【过渡语】四个维度的测试都做完了，大家手上已经有丰富的数据。现在回头看——你对自己小组的过山车满意吗？有没有发现可以改进的地方？
三、改进完善——让"过山车"变得更好（约10分钟）
【教师活动】测试的最终目的不是打分排名，而是发现问题、找到改进方向。请大家拿出测试数据，针对自己的过山车想一想：要让小球运动得更快，可以怎样改进轨道？你有几个好主意？
【学生活动】学生基于测试数据提出改进方案：
生1：我们组小球跑得不够快，排名第四。改进办法——增加起点高度，原来只搭了两层积木，现在加到三层。起点变高→斜面坡度变陡→小球滚下来获得的速度更大。这和第6课学的"高度越高→速度越快→能量越大"是一回事。
生2：我们组的弯道太多，小球每次拐弯都明显减速。改进方案是——把不必要的曲线运动减少，用更直接的直线运动代替。"截弯取直"让小球少转几个弯，减少能量消耗。
生3：我们组的问题不是高度，是轨道表面太粗糙——小球和轨道之间摩擦很大，速度一直提不上去。改进办法是用更光滑的轨道材料，比如在表面贴一层光滑的纸片或胶带，减小摩擦力。另外还要检查各个接口，把接缝处打磨平。
【教师活动】大家的改进思路归纳起来就是三个方面——高度、路径、摩擦。这也是工程师优化过山车的三个核心方向：①增加起点高度或降低终点高度→让斜面坡度变大→小球获得更大的加速度；②减少曲线运动、增加直线运动→减少能量在弯道中的消耗、"截弯取直"；③使用更光滑的轨道→减小摩擦力→小球的速度损耗更少。现在请各小组根据测试反馈，动手改进自己的过山车，改完后再测试一次，看看效果！
【知识点】7：优化过山车轨道的三个核心方向——①增加起点高度或降低终点高度→增大斜面坡度→增大重力沿斜面方向的分力→小球获得更大加速度；②减少曲线运动、增加直线运动→减少小球在弯道中的能量损耗（向心力、摩擦力消耗动能）；③使用更光滑的轨道→减小接触面的摩擦力→减少动能损失。这三个方向体现了"能量守恒与转化"的思路：起点高度决定总能量，轨道路径和摩擦决定能量消耗。工程师设计真实过山车时也遵循同样的原理——先有足够的高度"囤"能量，再用顺畅的路径"省"能量。
改进轨道——增加起点高度
用更光滑的轨道
【过渡语】改进之后，再跑一次——看看数据有没有变化？这种"测试→改进→再测试"的循环，就叫"迭代"。真正的工程师就是这样工作的！
四、课堂练习（约3分钟）
选择题
1. 测试过山车时，小球脱轨了，最可能的原因是（ ）。
A. 轨道表面太光滑 B. 弯道太急或轨道边缘太低 C. 小球太重
2. 要让小球在过山车上运动得更快，下列做法不合理的是（ ）。
A. 增加起点高度 B. 减少曲线运动 C. 使用更粗糙的轨道
3. 关于比较不同过山车上小球运动快慢，下列说法正确的是（ ）。
A. 各组轨道长度不同，只能用"相同时间比距离"来比较快慢
B. 用秒表记录的时间越短越快
C. 各组轨道长度不同，无法比较快慢
4. 描述小球停止的位置时，需要用到（ ）。
A. 只要知道方向就行 B. 只要知道距离就行 C. 方向和距离都需要
答案：1.B 2.C 3.A 4.C
五、课堂小结
● 测试是工程设计的关键一步——用小球代替小车在轨道上运行，发现并解决脱轨、卡顿等问题。
● 测试从四个维度展开：
① 描述位置——以起点为中心，用方向盘+软尺确定方向和距离；
② 运动方式——直线/曲线交替，速度随坡度变化（下坡加速、上坡减速）；
③ 比较快慢——同时间比距离（5秒内滚多远）；
④ 比较能量——用小木块被撞出的距离判断终点能量大小。
● 改进轨道的三个方向：增加起点高度（加大坡度）、减少曲线增加直线（截弯取直）、使用更光滑的轨道（减小摩擦）。
● "测试→改进→再测试"是工程师不断优化设计的核心方法。
六、板书设计
课题 3.8 测试"过山车"
测试维度 ①描述位置：方向（方向盘）+ 距离（软尺）
②运动方式：直线/曲线交替，下坡加速、上坡减速
③比较快慢：相同时间比距离（5秒内滚多远）
④比较能量：小木块被撞出的距离
改进方向 ①增加起点高度（加大坡度）→ 增大加速度
②减少曲线、增加直线 → 减少能量消耗
③用更光滑的轨道 → 减小摩擦力
核心方法 "测试→发现→改进→再测试"的工程迭代循环
贯穿知识 第1课：位置描述（方向+距离）
第2-3课：运动方式（直线/曲线）
第4-5课：比较快慢（同时间比距离）
第6课：运动与能量（高度→速度→能量）

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