李峰　楊天照

摘? ?要： 在中學(xué)階段開(kāi)展物理學(xué)科活動(dòng)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)和學(xué)生終身成長(zhǎng)具有積極的意義。文章以新課程理念為指導(dǎo)，以多年的活動(dòng)組織經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以組織紙橋大賽活動(dòng)為案例，介紹了策劃一場(chǎng)學(xué)科活動(dòng)的一般流程，并說(shuō)明了每個(gè)步驟的作用和意義。

關(guān)鍵詞：學(xué)科活動(dòng);活動(dòng)策劃;紙橋大賽;一般流程

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2020）8-0073-4

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出：“高中物理課程是普通高中自然科學(xué)領(lǐng)域的一門(mén)基礎(chǔ)課程，旨在落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)人類(lèi)科學(xué)事業(yè)的傳承和社會(huì)的發(fā)展?！?/p>

開(kāi)展學(xué)科活動(dòng)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，提高其動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都有很重要的作用。如何開(kāi)展物理學(xué)科活動(dòng)？筆者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)其設(shè)計(jì)及實(shí)踐流程，以組織紙橋大賽為例，說(shuō)明每個(gè)步驟的作用和意義，以期對(duì)大家有所幫助。

1? ? 活動(dòng)背景

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，其中橋梁建設(shè)有著重要的地位和作用，它可以縮短人們的行駛距離，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人民生活水平有重要意義。中國(guó)有悠久的橋梁史，據(jù)考證，中國(guó)在東漢時(shí)期（公元25—220年）就出現(xiàn)石拱橋。坐落在石家莊趙縣的趙州橋建于公元605—617年，至今屹立不倒。

橋梁的種類(lèi)一般分為梁式橋、拱橋、斜拉橋等，橋梁的建造包含了力的合成和分解、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等眾多的物理知識(shí)。我們通過(guò)舉辦紙橋大賽這一學(xué)科活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行橋梁的設(shè)計(jì)和制作，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)有關(guān)橋梁的知識(shí)。

在活動(dòng)背景介紹中，首先，說(shuō)明該活動(dòng)所包含的學(xué)科知識(shí)背景，介紹活動(dòng)是對(duì)哪部分知識(shí)的應(yīng)用;其次，說(shuō)明其歷史文化背景，介紹本次科技作品的歷史文化知識(shí);最后，說(shuō)明應(yīng)用領(lǐng)域，讓學(xué)生了解本次活動(dòng)在當(dāng)今社會(huì)哪些技術(shù)領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

2? ? 活動(dòng)主題

展力學(xué)之美，成棟梁之材。

活動(dòng)主題的設(shè)計(jì)，是對(duì)本次活動(dòng)的目的和意義進(jìn)行總結(jié)、凝練，盡量是一句簡(jiǎn)潔、文雅的口號(hào)。

3? ? 活動(dòng)目的

深化學(xué)生對(duì)力學(xué)概念和規(guī)律的理解，豐富學(xué)生的課余生活，提升其物理學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)對(duì)其動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)。

活動(dòng)目的主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是深化學(xué)生對(duì)當(dāng)前所學(xué)物理知識(shí)的理解;二是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng);三是豐富學(xué)生的課余生活，達(dá)到寓教于樂(lè)的目的。

4? ? 活動(dòng)對(duì)象

活動(dòng)面對(duì)的一般是本年級(jí)的全體學(xué)生，對(duì)普適的物理知識(shí)也可以面對(duì)全校開(kāi)展。

5? ? 活動(dòng)內(nèi)容和流程

紙橋大賽分為四個(gè)環(huán)節(jié)：賽前班內(nèi)宣講，紙橋模型比賽，班級(jí)內(nèi)部承重橋初賽，級(jí)部紙橋承重決賽。具體開(kāi)展過(guò)程如下：

①4月3 日前，準(zhǔn)備好大賽所需的培訓(xùn)課件、懸掛橫幅、張貼海報(bào)。

②4月4日，由各班物理老師在班內(nèi)進(jìn)行理論培訓(xùn)和宣傳動(dòng)員。

③4月5日—6日，清明節(jié)假期期間學(xué)生查閱資料，制作紙橋模型。

④4月8日—10日，紙橋模型展覽，評(píng)委老師對(duì)紙橋模型進(jìn)行評(píng)比打分，選出優(yōu)秀作品。

⑤4月11日，提交統(tǒng)計(jì)各承重賽參賽隊(duì)伍成員名單（每支參賽隊(duì)伍3～6人）。

⑥4月18日，每班選出2名裁判員，確定主持人。

⑦4月19日下午，紙橋承重賽在操場(chǎng)正式開(kāi)始。

此類(lèi)學(xué)科活動(dòng)一般可分為四個(gè)階段：

第一階段：理論學(xué)習(xí)和宣傳階段。這一階段，我們會(huì)準(zhǔn)備統(tǒng)一的輔導(dǎo)課件進(jìn)行理論講解，并且制作活動(dòng)海報(bào)和橫幅。

第二階段：學(xué)生制作。理論講解一般放在清明、五一、國(guó)慶等小長(zhǎng)假之前，學(xué)生可利用假期進(jìn)行資料查找和制作。

第三階段：作品完善。這一階段，學(xué)生提交了作品，各班物理老師對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生修改作品，調(diào)試到最佳狀態(tài)。

第四階段：評(píng)價(jià)和展示。如果是展示類(lèi)的活動(dòng)，我們會(huì)安排具體的展示時(shí)間，學(xué)科組老師集中進(jìn)行打分評(píng)比，學(xué)生間可以相互學(xué)習(xí)。如果是競(jìng)技類(lèi)的活動(dòng)，我們會(huì)提前布置會(huì)場(chǎng)，準(zhǔn)備測(cè)量器材，輔導(dǎo)裁判員和主持人。活動(dòng)評(píng)出的優(yōu)勝作品或優(yōu)勝隊(duì)伍，要在年級(jí)大會(huì)上進(jìn)行表彰。

6? ? 參賽形式

紙橋大賽分模型賽和承重賽兩個(gè)項(xiàng)目。

紙橋模型賽為個(gè)人參賽，紙橋承重賽以小組為單位參賽。

7? ? 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

紙橋模型賽作品要求：

紙橋制作的主體材料為紙，制作時(shí)可以使用膠水、膠帶、熱熔膠、雙面膠進(jìn)行粘貼?？梢栽跇蛏霞由倭垦b飾物，以增加美觀。作品應(yīng)力求有創(chuàng)造性，并能貼近實(shí)際、結(jié)構(gòu)合理、制作精巧。

紙橋承重賽制作要求：

①比賽時(shí)間是1個(gè)小時(shí)，參賽者用現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一提供的材料和自帶工具制作一座可以承重的“橋梁”，每超時(shí)1分鐘扣1分。

②制作材料為A4紙10張、固體膠1個(gè)和雙面膠一卷。其他制作工具需選手自帶，允許帶以下工具：剪刀、小刀、尺、筆、橡皮、圓規(guī)等。

③橋面長(zhǎng)度不小于28 cm，寬度不小于10 cm;橋洞下需能通過(guò)寬8 cm、高5.5 cm的木塊，橋身重量不得超過(guò)50 g。

④外形尺寸得分=（長(zhǎng)+寬+高+主洞寬）/10 （全部以厘米為單位）

⑤可以在橋上加少量裝飾物，以增加美觀。觀賞分由嘉賓老師打出，老師根據(jù)橋的結(jié)構(gòu)和美觀度，結(jié)合自己的感觀給各件作品打出分?jǐn)?shù)（分值在1～5分之間），最后取平均分加入總成績(jī)。

⑥總分 = 載重÷橋重 + 外形尺寸分 + 觀賞性加分 - 超時(shí)分。

學(xué)生作品的制作是開(kāi)放的，但是我們要界定一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這樣學(xué)生制作會(huì)更有目的性。在競(jìng)技類(lèi)的比賽中，我們給定主體制作材料和比賽規(guī)則，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行開(kāi)放式的設(shè)計(jì)制作，然后根據(jù)可測(cè)量的量（如承重、射程等）來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

8? ? 工作安排

本活動(dòng)具體安排如下：

①場(chǎng)地布置、比賽器材準(zhǔn)備由學(xué)生會(huì)體育部負(fù)責(zé)。

②賽前賽后的宣傳工作（PPT、海報(bào)、橫幅）、獎(jiǎng)品買(mǎi)辦由物理組負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)。

③邀請(qǐng)嘉賓和評(píng)委、獎(jiǎng)狀制作由班主任老師、學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)部等負(fù)責(zé)。

④主持人、拍照、新聞稿等由學(xué)生會(huì)宣傳部負(fù)責(zé)。

⑤賽后衛(wèi)生由學(xué)生會(huì)生活部負(fù)責(zé)。

⑥現(xiàn)場(chǎng)秩序維護(hù)及應(yīng)急由年級(jí)物理教研組負(fù)責(zé)。

⑦測(cè)量及統(tǒng)分工作具體安排為：

裁判組成員由各班推薦，每班2人，共分成4個(gè)裁判組。比賽過(guò)程中每個(gè)裁判負(fù)責(zé)兩個(gè)小組的監(jiān)督和計(jì)時(shí)。制作完成后4個(gè)裁判組同時(shí)開(kāi)始稱(chēng)量。一人記錄數(shù)據(jù)，一人測(cè)量長(zhǎng)、寬、高，一人稱(chēng)橋重，一人負(fù)責(zé)監(jiān)督加重過(guò)程并數(shù)秒確定分?jǐn)?shù)。數(shù)據(jù)記錄完成后，裁判組成員簽字確認(rèn)，交由主席臺(tái)統(tǒng)分。

學(xué)科活動(dòng)的開(kāi)展需要依靠和調(diào)動(dòng)各方面的力量，包括學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的支持、學(xué)科組老師的幫助、學(xué)生會(huì)的力量、班主任的動(dòng)員、課代表的積極協(xié)助等。

9? ? 培訓(xùn)教案

情景引入——體驗(yàn)結(jié)構(gòu)的力量。

把一個(gè)魔方放在用一張A4紙搭成的橋上，橋馬上塌了（如圖1）。把紙折成瓦楞狀后，不僅可以托起一個(gè)魔方，還可以承載更多物體（如圖2）。

如果用10張A4紙，可以承擔(dān)多大的物重呢？（展示往屆紙橋大賽的現(xiàn)場(chǎng)照片如圖3）

好的紙橋可以承擔(dān)三十多本牛津字典的重量?？梢?jiàn)，同樣的材料，不同的設(shè)計(jì)，可以展示出不同的力量。要想建造一座結(jié)構(gòu)合理、美觀大方的紙橋，要注意什么呢？

呈現(xiàn)本節(jié)任務(wù)：

（1）抓住主要因素展開(kāi)工作

紙橋的制作要注重其穩(wěn)定性和強(qiáng)度。紙橋穩(wěn)定性由其重心高低、支撐底面積大小以及幾何形狀決定。紙橋強(qiáng)度由其形狀、構(gòu)件之間的連接方式還有使用的材料決定。

（2）常見(jiàn)的橋梁結(jié)構(gòu)及其力學(xué)原理

常見(jiàn)的橋梁結(jié)構(gòu)包括梁式橋、拱形橋、斜拉橋、懸索橋、復(fù)合體系橋梁等，每種橋梁都有其特殊的力學(xué)原理。

①梁式橋

由一個(gè)或多個(gè)單元組成，單元和單元之間通過(guò)鉸接形成一體。其受力情況如圖4。橋面承重時(shí)，上表面受到的是壓力，下表面受到的是拉力。

優(yōu)點(diǎn)是取材方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;不足是自重大、跨度小。

②拱形橋

拱形橋的主體是承受巨大軸向壓力的拱圈或拱肋。橋梁往往有不同形式的曲線(xiàn)型，如圓曲線(xiàn)、拋物線(xiàn)等，以達(dá)到拱圈或拱肋內(nèi)的力矩最小。拱形橋可以將豎直方向的壓力轉(zhuǎn)化為水平方向的推力，所以一般對(duì)地基的要求很高（圖5）。

優(yōu)點(diǎn)是跨度大、易維護(hù);缺點(diǎn)是對(duì)地基要求較高。

③懸索橋

這既是古代原始橋梁的一種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，又是現(xiàn)代特大型橋梁最適宜的結(jié)構(gòu)。它由兩岸的固定點(diǎn)作為錨墩，通過(guò)作為提高之用的索塔，用特制的高強(qiáng)柔性并有一定垂度的纜索牽拉橋面而做成的橋梁。這種橋型在兩岸需設(shè)有可以承受強(qiáng)大水平拉力的錨墩（圖6）。

優(yōu)點(diǎn)是可以建造的很高，而且跨度大;缺點(diǎn)是堅(jiān)固性較弱。

④斜拉橋

它由主塔、斜拉索、主梁組成。高強(qiáng)度柔性斜拉索由主塔的上部斜拉到主梁的各個(gè)節(jié)間上，組成穩(wěn)定的橋梁體系。斜拉索對(duì)稱(chēng)地分布在索塔兩側(cè)，對(duì)索塔左邊的力可以分解為水平向左和豎直向下，右邊的力可以分解為水平向右和豎直向下。兩個(gè)力對(duì)稱(chēng)，使水平方向的力抵消，使物體對(duì)前面的載荷傳遞給索塔（圖7）。

優(yōu)點(diǎn)是抗風(fēng)性強(qiáng)，受限制小;缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造難度大。

⑤復(fù)合體系橋梁

在一座橋梁上同時(shí)采用兩種以上的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。這是可以利用不同橋型的突出優(yōu)點(diǎn)，組合在一起，達(dá)到的橋型選擇。

（3）明確設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求

①紙橋設(shè)計(jì)大賽要求每人設(shè)計(jì)一種紙橋，要求主體材料是紙，以美觀、創(chuàng)新為標(biāo)準(zhǔn)?？梢栽跇蛏贤款伾⒓由倭垦b飾物，給作品起一個(gè)自己喜愛(ài)的名字。班級(jí)評(píng)出優(yōu)秀作品，年級(jí)表彰。

②紙橋承重大賽以小組為單位參賽，每組3～6人。屆時(shí)學(xué)生要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用10張A4紙制作一個(gè)承重橋。要求橋面長(zhǎng)度不小于28 cm，寬度不小于10 cm;橋洞下能通過(guò)寬8 cm、高5.5 cm的木塊，而且橋身重量不得超過(guò)50 g。

（4）展示往屆學(xué)生作品（圖8至圖13）

為了方便活動(dòng)在年級(jí)展開(kāi)，學(xué)科組老師需要提前開(kāi)研討會(huì)，探討活動(dòng)細(xì)節(jié)，并研究培訓(xùn)課的內(nèi)容。通過(guò)交流研討，形成一份策劃書(shū)、一份教案和一份教學(xué)課件。策劃書(shū)應(yīng)包含本文中提到的活動(dòng)背景、活動(dòng)主題、活動(dòng)目的、活動(dòng)對(duì)象、活動(dòng)內(nèi)容、參賽形式、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、工作安排幾個(gè)項(xiàng)目。教學(xué)課件以活動(dòng)背景作為引入，介紹活動(dòng)涉及的理論知識(shí)、活動(dòng)的流程、制作要求以及往屆優(yōu)秀作品等。

學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)是對(duì)課堂知識(shí)的外延和深化，是幫助學(xué)生將物理知識(shí)融入生活實(shí)際的重要途徑，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。通過(guò)紙橋大賽的活動(dòng)設(shè)計(jì)，我們形成了一套活動(dòng)組織和策劃的基本流程，這對(duì)于開(kāi)發(fā)新的學(xué)科活動(dòng)具有一定的指導(dǎo)意義。

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（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）