研究性學習與學科教學整合的一次嘗試
——“簡易游標卡尺的制作”研究性學習案例

項其杰

(江蘇省太倉高級中學 江蘇 蘇州 215411)

游標卡尺的使用與讀數一直都是高中物理教學的重點和難點，在歷屆高考中經常出現，但學生的得分率卻不甚理想.究其原因，一方面在于很多學生只是死記各種分度游標卡尺的精確度和讀數公式，對測微原理的理解不夠深刻；另一方面，由于客觀條件的限制，很多學生只是在新授課時才有機會真正接觸到游標卡尺(而且中學物理實驗室里通常只有20分度的)，后期雖也可能會在習題中遇到，但由于沒有實際使用的機會，缺乏必要的體驗，其效果往往遠遠達不到預期.

針對這一現狀，在實際教學過程中，筆者試著將這一重難點知識與學校的研究性學習課程結合起來，將它變成一個小的研究課題，給學生提供更充分的研究時間和空間，讓他們有機會獲得更豐富的體驗，學生的認識得到了深化，取得了較好的教學效果.

下面，以“簡易游標卡尺的制作”研究性學習課題其中一節研究課為例，重點呈現幾個研究片斷，與同行們分享.

1 展示小組毛坯作品 在交流評價中發現問題

在本節之前一節課的研究中，學生已經初步了解了10分度游標卡尺的測微原理，并開始以研究性學習小組為單位，著手制作一把簡易的、精確度為0.1 mm的游標卡尺.本節課上，筆者首先選擇了3個不同小組的成員代表來展示他們的毛坯作品(分別如圖1，圖2，圖3所示)，重點是介紹制作過程及測微原理.

圖1 按照1∶1制作的游標卡尺

圖2 按照1∶10制作的游標卡尺

圖3 按照1∶30制作的游標卡尺

在隨后的交流評價環節，學生發現了如下問題.

學生甲：圖1中對應的小組成員是按照1∶1的比例進行制作的，對于測微原理的描述很清楚，但游標尺上每小格長度0.9 mm，他們無法用普通的刻度尺將該長度準確畫出，再加上他們所使用的水筆線條較粗，在畫線時也會產生一定的誤差.

學生乙：圖2和圖3中對應的小組成員在制作游標卡尺時應該是考慮到了圖1中0.9 mm這一長度無法用普通刻度尺準確畫出這個問題，他們分別按照1∶10和1∶30的比例進行了放大，這樣一來所畫刻度雖然相對準確，但是由于進行了放大，當游標尺上第1根刻度線與上面某條刻度線對齊時，實際對應的長度已然不是0.1 mm，而是1 mm和3 mm，這就意味著這兩把尺的精確度也相應放大了10倍和30倍，此時還比不上普通刻度尺的測量精度呢，因此，這兩把尺不具備實用價值，無法進行實際測量.

2 提出初步解決方案 在二次制作中加以驗證

在學生進行了充分的交流評價的基礎上，教師適時拋出問題進行小組討論：看來，如果要做出一把能夠實際使用(即比例為1∶1)的游標卡尺，我們需要重點解決的問題就是如何比較準確地畫好游標尺的刻度線，你們能想出哪些解決方案呢？

小組討論熱烈地進行，教師參與各小組的討論，適當給予指導.

學生丙：我覺得關鍵在于如何把游標尺上9 mm的總長度均分成10份.

學生丁：最好用鉛筆畫，因為鉛筆頭可以盡量削得尖一些.

學生戊：我覺得可以用電腦畫，利用電腦上面的“均分行”功能，只要把10行的總長度設置成9 mm，這樣打印出來就能保證游標尺上每小格長度都是0.9 mm了.(全班同學禁不住開始熱烈的鼓掌)

學生己：用電腦畫線時要注意盡量把線條的“磅值”選得小一點，這其實就跟剛才有同學提到的鉛筆頭要盡量削得尖一些的道理一樣.(又是一陣熱烈的鼓掌)

如圖4所示，是通過電腦上“均分行”功能制作后打印出來的游標尺，上面放了一把刻度尺以進行比較，刻度完全符合預期，打印出來的游標尺只要加以裁剪，就可供多個學習小組使用.主尺也用同樣的方法打印了多條供學生使用，圖5所示為教師正在對學生的二次制作過程進行指導.

圖4 通過電腦上“均分行”功能制作后打印出的游標尺

圖5 教師正在對學生的二次制作過程進行指導

3 展示二次制作作品 在交流分享中不斷完善

如圖6所示，為某小組的二次作品展示，因測微原理已不必再重復，該小組代表更側重于介紹制作時的注意點：(1)主尺上刻度線最好像平時使用的刻度尺那樣每到5 mm處線條畫得稍長一些，每到整厘米處更長一些，這樣便于確認讀數；(2)游標尺的總長度較小，游標尺上刻度若從0到10依次標注的話，根本標不下，而且看起來不夠清楚，只需標出0,5,10這3個刻度即可.

圖6 某小組的二次作品展示

其他小組及時進行了補充，積極與大家分享各自小組的制作體會.

學生庚：主尺和游標尺的兩張紙帶太軟，可以將其粘貼到硬一點的紙板上.

學生辛：粘貼的時候要注意使主尺和游標尺的邊界線最終能緊靠到一起，這樣更有助于確認游標尺上第幾根刻度線與主尺上的某個刻度線的重合情況.

學生壬：我是看過教材后受到一些啟發，我們可以在游標尺的背面加個細長的硬紙條，這樣就可以用來測量深度；如果加上相應的測量爪，還可以測量內徑和外徑.

……

4 引發更深層次思考 在思維碰撞中深化認識

對于圖6所示的游標卡尺，經完善后可以用來進行實際測量，從而進一步幫助學生鞏固讀數的方法及注意點，學生也從中獲得了充分的體驗和巨大的成就感.不過，由于該尺游標尺上的刻度線比較密集，學生在實際使用過程中不時會出現不易看出到底是游標尺上第幾根刻度線與主尺上的某根刻度線對齊的情況，由此可以引發學生更深層次的思考：能否讓游標尺的總長更大一些，而又不改變整把尺的測量精度呢？

經過小組討論、教材研究、資料查閱等一系列活動，在后續的研究性學習課上，學生提出了可將游標尺上10小格的總長度制作成19 mm或者29 mm等方案，并在課堂上進行了第三次制作以及作品的展示交流.同時，對于如何進一步提高游標卡尺的精確度這個問題也進行了探討，在不斷的思維碰撞中深化了對游標卡尺的認識.

5 結束語

研究性學習強調尊重學生的自主性，珍視學生的感受、體驗和理解，鼓勵學生去發現問題、探究解決問題的方法.將研究性學習和學科教學進行整合，其實就是一個以研究性學習方式為核心，以課堂教學為載體，重新構建常規學科教學的過程.它深刻地反映了當前課程改革的特點，必將有力地促進學科核心素養的提高.