技術(shù)與科學(xué)融合的物理教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)踐

肖云峰

[摘 ? 要]以初中物理托盤(pán)天平的教學(xué)為例，說(shuō)明如何將技術(shù)與科學(xué)融合，結(jié)合課程特點(diǎn)與學(xué)生的具體情況，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)整合與加工，激活學(xué)生的主體意識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生感悟知識(shí)的發(fā)展過(guò)程，提高課堂教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]物理;教學(xué)設(shè)計(jì);技術(shù)與科學(xué);物理學(xué)史

托盤(pán)天平是初中學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中最早接觸的較復(fù)雜的測(cè)量?jī)x器，是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)質(zhì)量及相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)。如何讓學(xué)生掌握好這部分知識(shí)，歷來(lái)是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。回顧現(xiàn)階段關(guān)于托盤(pán)天平的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，大部分教師要么通過(guò)展示天平實(shí)物或圖片來(lái)為學(xué)生講解天平的結(jié)構(gòu)和注意事項(xiàng)，要么讓學(xué)生閱讀課本，通過(guò)自學(xué)和小組合作互助的方式完成相關(guān)教學(xué)任務(wù)。但是，觀察學(xué)生的課堂反應(yīng)和對(duì)學(xué)生課后反饋的抽檢發(fā)現(xiàn)，以上教學(xué)效果并不理想。

一、托盤(pán)天平的教學(xué)模式分析

以上兩種課堂教學(xué)分別代表了兩種典型的教學(xué)模式。第一種是傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師以自我為中心，組織學(xué)生聽(tīng)講，向?qū)W生灌輸知識(shí)，不僅低效，而且嚴(yán)重束縛了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。第二種在形式上更偏向于現(xiàn)代教學(xué)模式，教師在課堂上也試圖以學(xué)生為主體，但對(duì)學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力考慮不足，過(guò)分依賴學(xué)生自主學(xué)習(xí)，然而多數(shù)學(xué)生只能掌握教材中較淺顯的知識(shí)，不能領(lǐng)悟其深層內(nèi)涵。這兩種情況都違背了學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，未能激活學(xué)生的主體意識(shí)，沒(méi)有較好地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，沒(méi)有讓學(xué)生感悟知識(shí)的發(fā)展過(guò)程，最終還是會(huì)回到死記硬背的怪圈，很難達(dá)到預(yù)期效果。為此，筆者從調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的角度，探索了結(jié)合技術(shù)與科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、結(jié)合技術(shù)與科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

以初中物理“物質(zhì)的質(zhì)量”一課中托盤(pán)天平的新課教學(xué)設(shè)計(jì)為例。教師以準(zhǔn)確稱量一個(gè)果凍的質(zhì)量為目標(biāo)，對(duì)課堂設(shè)計(jì)進(jìn)行了整合，從初步設(shè)計(jì)制作稱量器材開(kāi)始，到稱量果凍過(guò)程方法的改進(jìn)，再到準(zhǔn)確稱量果凍的托盤(pán)天平的正確使用，讓學(xué)生參與了全部設(shè)計(jì)。

天平的設(shè)計(jì)過(guò)程包含了技術(shù)與科學(xué)在物理中的融合，如果學(xué)生能從使用者的角度去體驗(yàn)天平的設(shè)計(jì)過(guò)程，必然會(huì)對(duì)天平有更深的認(rèn)識(shí)。這堂課的設(shè)計(jì)始終堅(jiān)持從學(xué)生出發(fā)，用任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)，主動(dòng)思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，讓學(xué)生從聽(tīng)課者變成參與者，不斷改進(jìn)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師則在必要時(shí)提供指導(dǎo)。

三、結(jié)合技術(shù)與科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)中的亮點(diǎn)

1.引入物理學(xué)史，激發(fā)學(xué)生興趣

利用圖片展示并介紹中國(guó)的“權(quán)（秤砣）衡（秤桿）”，讓學(xué)生了解中國(guó)是世界上使用天平砝碼最早的國(guó)家之一。春秋后期到戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，楚國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮，王公貴族曾使用木衡、銅環(huán)權(quán)的雙盤(pán)天平稱量黃金貨幣。這使學(xué)生對(duì)人類歷史長(zhǎng)河中的偉大發(fā)明產(chǎn)生了新奇感，迅速進(jìn)入了新課學(xué)習(xí)。

2.設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)易天平，激發(fā)學(xué)生探究動(dòng)力

教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)圖片觀察“權(quán)衡”，分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并思考“衡”是用什么制作的，可以用什么來(lái)替換。學(xué)生可能回答是金屬制作或者用木棒制作的，教師要提前準(zhǔn)備好金屬的衡和木質(zhì)的衡用于展示。

接著，請(qǐng)學(xué)生思考：古代使用權(quán)衡時(shí)，黃金放在哪里，權(quán)放在哪里？學(xué)生可能會(huì)說(shuō)左右盤(pán)。教師再追問(wèn)學(xué)生：我們自制的半成品權(quán)衡，物體要放在哪里？學(xué)生回答可以用一次性水杯替換。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生在金屬衡或木質(zhì)衡的基礎(chǔ)上制作完成初步的天平模型（見(jiàn)圖1）。這樣，學(xué)生就很容易了解托盤(pán)天平結(jié)構(gòu)中橫梁和托盤(pán)的作用。學(xué)生在這一過(guò)程中參與并感悟人類的偉大發(fā)明，激發(fā)了主體意識(shí)，產(chǎn)生了探究的動(dòng)力，收到了良好的教學(xué)效果。

3.經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)生主體地位

教師設(shè)置的問(wèn)題情景是如何利用自制簡(jiǎn)易天平稱量果凍的質(zhì)量。這一任務(wù)激發(fā)了學(xué)生動(dòng)腦思考如何使用天平，從而想到了“權(quán)”，也就是砝碼的用處。教師要求學(xué)生利用課堂上提供的工具和材料，如簡(jiǎn)易天平、蓮子（約1g）和橡皮泥，嘗試稱量果凍的質(zhì)量。鼓勵(lì)學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并想辦法解決，特別注意記錄測(cè)量前、測(cè)量中遇到的問(wèn)題，并思考相應(yīng)的解決方案。

在實(shí)驗(yàn)操作反饋交流時(shí)，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)易天平在稱量前就出現(xiàn)了兩端不平衡，如左高右低或左低右高。有的學(xué)生想到用一些橡皮泥粘在橫梁兩端或放在紙杯內(nèi)以調(diào)節(jié)平衡，教師肯定了把橡皮泥黏在橫梁兩端以調(diào)節(jié)平衡的方案，這樣既可以使天平平衡，又能避免放在紙杯內(nèi)影響稱量結(jié)果。這樣，學(xué)生就在親身體驗(yàn)中理解了標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)天平上平衡螺母的作用及使用方法，消化了教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

學(xué)生稱量果凍的實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)差異。同類果凍的質(zhì)量會(huì)相差半克甚至幾克。于是，教師提出問(wèn)題：稱量時(shí)大家都利用了等效替換的原理，但是，為什么同樣規(guī)格的果凍質(zhì)量相差這么多呢？學(xué)生思考并討論后發(fā)現(xiàn)，稱重用的蓮子有大小之分，質(zhì)量自然也不同，應(yīng)該把蓮子改進(jìn)成統(tǒng)一質(zhì)量的事物。這樣就自然引出了標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的砝碼。而當(dāng)稱量過(guò)程中始終無(wú)法使天平達(dá)到平衡時(shí)，有的學(xué)生想到了用半顆蓮子甚至更小的橡皮泥來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。但是，怎么計(jì)量最后的結(jié)果呢？這使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，不是所有的物品都恰好是整數(shù)克的質(zhì)量，要通過(guò)設(shè)置更小的砝碼來(lái)進(jìn)行更準(zhǔn)確的稱量，從而明白了游碼的作用。這樣，通過(guò)用蓮子稱果凍的實(shí)驗(yàn)，從改進(jìn)精度的角度，引發(fā)了學(xué)生的思考和推理，使學(xué)生從本質(zhì)上理解了砝碼和游碼的作用及演變過(guò)程，掌握了天平的正確讀數(shù)方法，同時(shí)也強(qiáng)化了這一部分的重點(diǎn)知識(shí)。

4.理論結(jié)合實(shí)際，提高實(shí)驗(yàn)操作能力

整個(gè)課堂設(shè)計(jì)有一條主線，即始終圍繞測(cè)量果凍質(zhì)量展開(kāi)。先讓學(xué)生估測(cè)果凍質(zhì)量，根據(jù)古代權(quán)衡設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易天平并初步測(cè)量果凍質(zhì)量，最后通過(guò)對(duì)比托盤(pán)天平和自己設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易天平，掌握托盤(pán)天平的結(jié)構(gòu)，通過(guò)教師講解、小組交流、同伴互助等多種方式，再次稱量果凍。這樣，學(xué)生在提高稱量精度的過(guò)程中掌握了規(guī)范使用托盤(pán)天平進(jìn)行測(cè)量的正確方法，提高了實(shí)驗(yàn)操作能力。

四、結(jié)合技術(shù)與科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)流程

1.初步感知物體的質(zhì)量

教師用幾張圖片展示了一些常見(jiàn)的食品標(biāo)簽，其中都包括了質(zhì)量數(shù)據(jù)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到各種物質(zhì)均有質(zhì)量。為了讓學(xué)生回憶以往學(xué)過(guò)的知識(shí)，再根據(jù)學(xué)生的回答判斷學(xué)生對(duì)質(zhì)量的估測(cè)能力，并強(qiáng)化學(xué)生對(duì)一些常見(jiàn)事物質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，教師提出了一系列問(wèn)題。

（1）一個(gè)蜜瓜的質(zhì)量是多少？（約1kg）

（2）一顆蓮子的質(zhì)量是多少？（約1g）

（3）你自己的質(zhì)量是多少？

（4）這個(gè)果凍大概是多少克？（學(xué)生估測(cè)）

以上問(wèn)題使學(xué)生迅速進(jìn)入了課堂主題，并意識(shí)到身邊的事物都有質(zhì)量，也開(kāi)始好奇教師提供的果凍的質(zhì)量是多少。

2.體驗(yàn)天平的制作過(guò)程，初步稱量果凍質(zhì)量

教師要準(zhǔn)備如圖1的簡(jiǎn)易天平，設(shè)置一些有梯度的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)、思考、討論等方法完成任務(wù)，并從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，從而理解天平的結(jié)構(gòu)及使用方法。教師用以下問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考。

（1）古人如何利用權(quán)衡稱量物體質(zhì)量？

（2）簡(jiǎn)易天平使用前不平衡，要怎么處理？

（3）使用簡(jiǎn)易天平時(shí)，果凍放在哪里？蓮子（等同于權(quán)）放在哪里？

（4）簡(jiǎn)易天平左右兩邊不能平衡，怎么辦？

（5）相同果凍稱出的質(zhì)量不同，造成誤差的原因是什么？

這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程摒棄了原來(lái)“教師講，學(xué)生聽(tīng)”的低效課堂模式，讓學(xué)生通過(guò)常見(jiàn)的非標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)材料，理解了標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)天平的稱重原理、結(jié)構(gòu)和各組成部分的作用。這樣，就使學(xué)生成為了知識(shí)的發(fā)現(xiàn)者，在探究中完成了主動(dòng)學(xué)習(xí)。

3.熟練使用托盤(pán)天平，精確稱量果凍質(zhì)量

讓學(xué)生對(duì)比托盤(pán)天平與簡(jiǎn)易權(quán)衡，找出兩者的相同和不同之處，同時(shí)學(xué)習(xí)托盤(pán)天平的正確使用方法。讓學(xué)生利用托盤(pán)天平準(zhǔn)確稱量果凍的質(zhì)量，并思考如下問(wèn)題，以進(jìn)一步理解“質(zhì)量是物體的物理屬性”。

（1）把果凍捏變形后，質(zhì)量是否改變？

（2）把果凍泡在熱水中，取出后擦干，質(zhì)量是否改變？

（3）把果凍移動(dòng)位置，質(zhì)量是否改變？

五、課后反思

本堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)摒棄了傳統(tǒng)照本宣科的教法，根據(jù)學(xué)生好奇心和探索欲強(qiáng)的特點(diǎn)，站在學(xué)生的角度，以古時(shí)權(quán)衡為載體，以估測(cè)果凍質(zhì)量到初步稱量果凍質(zhì)量再到精確稱量果凍質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)天平的設(shè)計(jì)原理和使用方法，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，實(shí)現(xiàn)了“人人動(dòng)手、人人動(dòng)腦”，整個(gè)過(guò)程既突破了難點(diǎn)，又強(qiáng)化了重點(diǎn)，收到了良好的教學(xué)效果。

但本課仍有需要改進(jìn)之處。由于課堂時(shí)間有限，天平的設(shè)計(jì)過(guò)程和使用方法還應(yīng)有更多拓展。如教師可以鼓勵(lì)學(xué)生在課后通過(guò)小組合作制作一個(gè)天平，用來(lái)稱量身邊的物件，并開(kāi)展評(píng)比，把課堂知識(shí)運(yùn)用到綜合實(shí)踐中，真正體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向生活”的課程理念。

以上，只是以托盤(pán)天平的教學(xué)為例，討論了技術(shù)與科學(xué)融合的教學(xué)設(shè)計(jì)。初中物理涉及的測(cè)量工具還有刻度尺、測(cè)力計(jì)、溫度計(jì)等，人類在發(fā)明這些工具的過(guò)程中展現(xiàn)了非凡的聰明才智，教師可采取類似的做法，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適度的整合與加工，精心設(shè)計(jì)教學(xué)步驟，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、課程特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際情況，打造更具吸引力的物理課堂。

（責(zé)任編輯 ? 郭向和）