科技活動是物理知識應用的好舞臺

黃海文

摘 要：物理課程是一門讓學生學習初步的物理知識與技能，經歷基本的科學探究過程，通過科學態度和科學精神的熏陶；以提高全體學生的科學素質、促進學生的全面發展為主要目標的自然科學基礎課程，是以觀察、實驗和邏輯思維相結合的科學，具有很強的邏輯性、精確性等特點，運用邏輯推理建立物理知識的邏輯體系，從而逐步獲得對客觀物質世界的基本認識。

關鍵詞：科技活動；知識應用環境；知識的需求；興趣

現在的物理學科教學過程已經離物理本來的樣子很遠了。課改想在保證教學質量的基礎上，減輕學生學業負擔，讓學生學有所成，樂在其中。然而，我在這幾年的嘗試中都不太成功，通過這次活動我感覺找到了一些方向。通過這次活動，感受到學生高漲的學習興趣，及活動中對知識的感悟，我認為科技活動和物理學習血肉相連，利用活動創設知識應用環境，可以更好地調動學生學習積極性，并且有效地提高他們的學習效率。

“少年智則國智，少年強則國強。”青少年是祖國的未來和希望，培養青少年健康成長是青少年創新教育的職責和義務。隨著教育觀念的轉變，“應試教育”逐步轉向以培養學生創新精神和實踐能力為重點，面向全體學生，促進學生全面發展的“素質教育”。實施素質教育是我國社會主義現代化建設事業的需要。它體現了基礎教育的性質、宗旨與任務。提倡素質教育，有利于遏制目前基礎教育中存在著的“應試教育”和片面追求升學率的傾向，有助于把全面發展教育落到實處。從教育面向現代化、面向世界和面向未來的要求看，素質教育勢在必行。這是我們基礎教育改革的時代主題和緊要任務。正是基于如上改變，教師在認真高效地組織課堂教學的同時，組織學生開展物理科技創新活動，利用好科技活動這一好舞臺，不僅能夠強化和加深學生對已有知識的認知和理解，還能增強學生應用物理知識的意識和能力，從而進一步調動學生學習的主動性和積極性，開發學生的特長和潛能，培養學生科學素質和創新能力。下面淺談我在幾次科技活動中的一些發現和感受。

在2013年5月18日，“2013全國”中小學生創新大賽暨知識產權宣傳教育活動烏魯木齊賽區選拔賽在烏市二十中舉辦，當天，來自全疆各地共46個代表隊近500名選手參加了比賽。

此次比賽由烏市教育局、烏市科協、烏市科技局、烏市知識產權局聯合主辦。和往年相比，除了太陽能小車沙路爬坡比賽、太陽能風力小船比賽外，今年還增加了太陽能滑翔器比賽。通過激烈的角逐，比賽決出了個人前10名及團體金、銀、銅獎。我校有幸榮獲參加全國太陽能創意大賽總決賽的資格，并將于今年7月底前往北京參加全國總決賽。此次比賽極大激發了學生們參加科技活動的熱情，更加調動了學生學物理、用物理的積極性，作為一名輔導這些學生的科技輔導員，同時身為一名物理教師，我深為這一結果感到欣慰。

在此次活動中我深刻感到了科技創新活動對物理學習的巨大推動作用，真實感受到科技創新活動天生就是物理知識學習的絕妙舞臺，因為它們血肉相連。

例如，活動中有一項設計項目——太陽能滑翔器設計，在對學生指導中，就時刻貫穿了能量、受力平衡、杠桿平衡、流體力學、結構力學等知識的應用。

活動首先從能量角度分析開始。太陽能滑翔器能量來源于一小塊太陽能電池，以及重力勢能，能量總和很小，如果想要使小車運動起來，甚至滑翔出足夠長的距離，就要想方設法減小能量的損耗。鑒于此，我指導學生由此入手，分析能量損失方式，經過學生討論分析和驗證，學生發現使用原始材料和設計，根本不可能達到比賽要求。（1）原先設計的車體過于沉重，車軸車輪等部件與車體摩擦較大，螺旋槳過重，能量損失嚴重，小車幾乎無法運動。（2）即使運動起來，由于水平速度太小，小車離開平臺幾乎就變成了自由落體運動，更談不上滑翔。于是，學生們主要先從減少摩擦損耗入手進行了設計。例如，減小車軸直徑，自制更輕的車輪并且增大車輪半徑，加潤滑油，自制更輕的螺旋槳等手段，進行了改進。結果充分驗證了大家的設想，小車啟動更快，得到了更大的速度，沖的也更遠了。興奮的歡呼聲中，學生們感受到了知識可以給他們的實踐一個更加正確的研究方向。但是這仍然不夠，小車仍然無法滑翔。

如果想讓小車滑翔，就先要了解飛機的相關情況。于是我讓學生查閱相關資料，一塊匯總分析。

如上圖所示，飛機必須以升力克服重力，以推力克服空氣阻力才能飛行。飛機產生升力是借著機翼截面拱起的形狀，當空氣流經機翼時，上方的空氣分子因在同一時間內要走的距離較長，所以跑得較下方的空氣分子快，造成在機翼上方的氣壓會較下方低。如此，下方較高的氣壓就將飛機支撐著，浮在空氣中。這就是所謂的伯努利（十八世紀荷蘭出生，后來移居瑞士的數學與科學家）原理。根據伯努利原理，飛機速度愈快，所產生的氣壓差（也就是升力）就會愈大，升力大過重力，飛機就會向上躥升。滑翔機沒有引擎的動力，它可以靠四種方式升空：（1）彈射器—將滑翔機架設在彈力繩并向后拉，由駕駛員給予訊號后釋放繩索而彈射出去。（2）汽車拖曳—將滑翔機系繩于車上拖曳達適當高度后，駕駛員將繩索松開。（3）絞車拖曳—與汽車拖曳相似，只是利用固定在地上以馬達驅動的絞車來拉滑翔機。（4）飛機拖曳—以另一部有動力的飛機拖至一定的高度后，滑翔機脫離而自由翱翔。滑翔機升空后，除非碰到上升氣流，否則空氣阻力會逐漸減緩飛機的速度，升力就會愈來愈小，重力大于升力，飛機就會愈飛愈低，最后降落至地面。為了讓滑翔機能飛得又遠又久，它必須有很高的升力阻力比，這就是為什么滑翔機的機翼那么細長。如何突破滯空時間以及飛行高度的紀錄是滑翔機設計與制造的最大挑戰。滑翔是一種需要高度技巧與飛行知識，借著自然能量遨游天空的運動。

受力分析對很多學生是一個難點，學生通過對資料的分析以及感受，進一步熟悉了受力分析和流體壓強的相關知識。可是學生又發現飛機翅膀升力的大小又與空氣的密度、飛行的速度、翅膀的面積有關。現實的條件，滑翔小車沒有很大的動力，小車的速度不夠，空氣的密度無法改，因此想得到更大的升力只有從翅膀的面積上入手。力求在很小的速度下得到更大的升力。于是，我就指導學生去查找一些低速飛行器，參考它們的設計思路，設計自己的滑翔器。感謝這個網絡世界，學生通過網絡尋找自己所需要的知識的能力是很強大的。學生查到了從萊特兄弟的雙翼機，到之后經過發展的雙翼機、三翼機、飛翼，甚至查到了滑翔傘、動力傘等。最后經過反復比較，我們選擇以滑翔傘為模板進行主體設計，反復試驗終于定型，并且最終在市選拔賽中一舉奪魁。

課改想在保證教學質量的基礎上，減輕學生學業負擔，讓學生學有所成，樂在其中，在我這幾年的嘗試中都不太成功，但通過這次活動我感覺找到了一些方向。我認為任何一種知識如果離開他的使用環境它將變得就如屠龍之術一般毫無意義。物理這門學科更是這樣，因為它就是一門應用學科，離開它的使用環境對于很多學生來說物理除了難學、拿學分之外就沒有其他意義，更談不上樂趣或者興趣，于是我想如果想方設法創設一些物理知識的實際使用環境，讓學生產生對知識的需求，“需要、動機、意向、理想”，這是進行任何創造的前提，有了需求就有動力，才可能產生興趣，而對很多人來說學習任何感興趣的知識都不是負擔。

通過這次活動，感受到學生高漲的學習興趣，及活動中對知識的感悟，我認為科技活動和物理學習血肉相連，利用活動創設知識應用環境，可以更好地調動學生學習積極性，并且有效地提高他們的學習效率。

參考文獻：

趙承福.對創造教育的幾點認識[J].教育研究，2002（06）.

（作者單位 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市實驗學校）