周曉磊

[摘 ? 要]物理主導(dǎo)的綜合實踐活動是將綜合實踐活動和物理學(xué)科教學(xué)融合的產(chǎn)物，能夠促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。文章以“設(shè)計簡單機械”為例，闡述如何將生活問題轉(zhuǎn)化成物理主導(dǎo)的綜合實踐活動主題，如何通過活動探究和理論分析解決綜合實踐活動中的物理核心問題，從而促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

[關(guān)鍵詞]深度學(xué)習(xí);物理主導(dǎo);綜合實踐活動

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0045-02

一、綜合實踐活動流程架構(gòu)

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》在對“培養(yǎng)什么樣的人”這個問題的進(jìn)一步追問中，明確提出“學(xué)生應(yīng)具備適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，突出強調(diào)個人修養(yǎng)、社會關(guān)愛、家國情懷，更加注重自主發(fā)展、合作參與、創(chuàng)新實踐”?！熬C合實踐活動是從學(xué)生的真實生活和發(fā)展需要出發(fā)，從生活情境中發(fā)現(xiàn)問題，并轉(zhuǎn)化為活動主題，通過探究、服務(wù)、制作、體驗等方式，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的跨學(xué)科實踐性課程?！倍锢碇鲗?dǎo)的綜合實踐活動是將綜合實踐活動和物理學(xué)科教學(xué)相融合的產(chǎn)物，它具有一定的深度學(xué)習(xí)特征，在指導(dǎo)學(xué)生開展實踐活動的過程中，能夠促進(jìn)更具深度的學(xué)習(xí)發(fā)生。那么，究竟怎樣指導(dǎo)物理主導(dǎo)的綜合實踐活動呢？筆者經(jīng)過多年摸索構(gòu)建了如圖1所示的物理主導(dǎo)的綜合實踐活動流程。

“學(xué)習(xí)的一個重要目的是解決現(xiàn)實生活中的復(fù)雜問題，深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者必須面對并能夠解決實際問題?！泵鎸ι钪胸S富有趣的實際問題，教師應(yīng)該先將它們的維度降低，找到核心問題。在綜合探究過程中，學(xué)生容易生成很多問題，教師要甄選出有價值的問題，要確保學(xué)生有興趣參與、有能力完成。

郭華教授認(rèn)為，所謂深度學(xué)習(xí)就是在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心參與的有意義的學(xué)習(xí)過程。其中“‘活動與體驗是深度學(xué)習(xí)的核心特征。”綜合實踐活動，如果能在某一門學(xué)科的主導(dǎo)下進(jìn)行研究，讓學(xué)生就某一門學(xué)科進(jìn)行跨單元、跨年級、跨學(xué)段學(xué)習(xí)，這時，教師的學(xué)科知識更能發(fā)揮作用，學(xué)生接受的深度指導(dǎo)科學(xué)性更強。相比其他學(xué)科，物理主導(dǎo)的綜合實踐課程，更能實現(xiàn)學(xué)科內(nèi)知識的綜合運用。

二、綜合實踐活動問題生成

今年筆者帶學(xué)生參加蘇州市青少年創(chuàng)新大賽，其中一個競賽項目是要求學(xué)生用5周時間展開研究與學(xué)習(xí)，設(shè)計一個能將邊長30 cm的泡沫骰子投于2米遠(yuǎn)、2米高的紙箱上表面，并且不掉落。這一活動主題與蘇科版物理九年級簡單機械中的一節(jié)綜合實踐活動課“設(shè)計一個簡單機械”關(guān)聯(lián)性很強，目的是理論聯(lián)系實際，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

在開展物理主導(dǎo)的綜合實踐活動時，降低活動維度是我們先要做的。簡單機械制作包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、制作安裝、理論分析、調(diào)試改進(jìn)等環(huán)節(jié)。要圍繞利用物理原理進(jìn)行機械設(shè)計，就要在制作安裝機械這一維度進(jìn)行簡化。筆者采用積木搭建方案來降低學(xué)生的制作難度，如使用粗細(xì)不同的PVC水管、彎頭、三通管、KT板作為機械主體結(jié)構(gòu)的搭建材料。

三、綜合實踐活動探究過程

問題驅(qū)動是推動學(xué)生自主活動探究的原動力。確立核心問題有助于學(xué)生明確探究方向，減少無效討論，提高綜合實踐活動效率。在學(xué)生體驗了扔、拋、投骰子后，學(xué)生們提出眾多的問題，教師可從中挑選三個問題作為本次實踐活動的核心問題。

問題1：如何投出骰子？

學(xué)生仿造勾手投籃，制作了投石器型機械，如圖2。通過反復(fù)測試，學(xué)生發(fā)現(xiàn)一個問題，泡沫骰子如果要投擲到足夠遠(yuǎn)的目標(biāo)位置，需要用非常多的橡皮筋作為動力。而動力足夠時PVC水管會發(fā)生明顯彎曲形變，機械本身承受不住，容易損壞。投石器型機械的物理模型是杠桿。根據(jù)杠桿原理，當(dāng)動力臂小于阻力臂時為費力杠桿。由于該機械是費力杠桿，才出現(xiàn)了要不斷增加動力（即橡皮筋股數(shù)）的情況。是否能改成省力杠桿呢？顯然是不能的，省力杠桿雖然省力，但是費距離，如果改成省力杠桿，骰子的運動幅度就會很小，不利于投擲。

問題2：如何增加控制的距離？

經(jīng)過進(jìn)一步研究，學(xué)生仿造女式投籃姿勢，采用打氣筒套管結(jié)構(gòu)制作了彈弓型機械，如圖3所示。通過反復(fù)測試，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了彈射距離的控制方法。只要將套管向下拉，增加彈簧的伸長量，就能增加骰子的彈射距離。彈弓型機械的物理原理是胡克定律和機械能轉(zhuǎn)化原理。根據(jù)胡克定律，彈簧在發(fā)生彈性形變時，彈簧的彈力隨彈簧伸長量的增大而增大。根據(jù)機械能轉(zhuǎn)化原理，彈射過程中，彈簧的彈性勢能越大，轉(zhuǎn)化為骰子的動能也越大。因此，只要在每次橡皮筋拉伸位置做好記號，就能控制每次骰子飛出時的速度，找到最理想的彈射距離。

問題3：如何控制骰子的軌跡？

軌跡測試時學(xué)生產(chǎn)生了兩種極端測試方法。如圖4所示，前拋，橡皮筋拉伸幅度小，骰子速度慢，但有因箱子前沖，骰子不能停在紙箱上的問題。如圖5，上拋，橡皮筋拉伸幅度大，骰子速度快，箱子不前沖，但撞擊后，箱子容易跳起，骰子不能停在紙箱上。如圖，骰子斜拋的軌跡需要有一定的拋物線知識，而初中學(xué)生討論時的軌跡草圖只是簡單的上下折線。研究深度已經(jīng)向拋物線進(jìn)發(fā)，而學(xué)生知識儲備不夠，那么本次綜合實踐活動是否到此為止呢？顯然不是，這是本次活動中生成的最好問題，必須想辦法解決。

用沙盤軟件模擬不同初速度的骰子運動軌跡，學(xué)生多觀察、多比較，找出其中的物理原理。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，骰子良好的運動軌跡必須具備兩個條件。首先，骰子運動軌跡不能前沖。由于慣性，骰子撞擊箱子后，仍然保持水平方向的速度，不利于骰子停留在箱子表面。其次，骰子的運動軌跡不能過高。軌跡越高，骰子在最高點時具有的重力勢能越大，下落過程中轉(zhuǎn)化得到的動能越大，撞擊箱子時豎直方向的速度越大，更容易彈起來，所以理想的軌跡是不前沖，拋物線的最高點較低。

通過多次模擬，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，如果把骰子投出時的出手點位置提高，拋物線軌跡就能符合要求，如圖6。為了保證機械起始狀態(tài)限高1米，出手點又能超過1米，我們做了最后的改進(jìn)，如圖7，將彈弓型機械上下顛倒，固定外層套管及彈射內(nèi)側(cè)長管，最終將出手點高度提高到了1.8米，明顯改變骰子的運動軌跡。我們設(shè)計的高拋彈弓式投擲器（如圖8）在蘇州市青少年創(chuàng)新大賽中成功將骰子投放于最高處，取得全場最高分。

四、綜合實踐活動反思

利用物理主導(dǎo)的綜合實踐活動拓展初中物理教學(xué)，取得了不少的積極成果，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。

1.發(fā)現(xiàn)生活問題，生成活動主題

生活中的真實問題是學(xué)生十分感興趣的，而興趣有利于學(xué)生產(chǎn)生持久的學(xué)習(xí)動機，從而促成深度學(xué)習(xí)。教師應(yīng)了解學(xué)生對哪些問題感興趣，考量這些問題能否與學(xué)科知識相聯(lián)系，能否與學(xué)生已有經(jīng)驗和現(xiàn)有能力相聯(lián)系。選定合適的主題后，還應(yīng)思考如何用學(xué)科知識架構(gòu)探究活動的核心問題。

2.探究核心問題，促進(jìn)思維發(fā)展

杜威認(rèn)為：學(xué)習(xí)就是要學(xué)會思維，思維的緣由是遇到了困惑。學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，需要教師在綜合實踐探究中，準(zhǔn)確把握學(xué)生在實踐體驗過程中的“困惑”并找出綜合實踐活動的核心問題。通過核心問題驅(qū)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，掌握知識間的聯(lián)系，完成知識遷移和應(yīng)用，從而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。而讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)的目的就是要培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生物理思維能力的發(fā)展。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

[1] ?中華人民共和國教育部.中小學(xué)綜合實踐活動課程指導(dǎo)綱要[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2] ?佐藤學(xué).課程論評[M].東京：世織書房，1996.

[3] ?張浩，吳秀娟.深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及認(rèn)知理論基礎(chǔ)探析[J].中國電化教育，2012（10）：7-11+21.

[4] ?鐘啟泉.綜合實踐活動：含義、價值及其誤區(qū)[J].教育研究，2002（6）：42-48.

[5] ?郭華.深度學(xué)習(xí)及其意義[J].課程·教材·教法，2016（11）：25-32.

（責(zé)任編輯 易志毅）