陳冀軒

(佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué)，廣東 佛山 528231)

隨著國(guó)家對(duì)教育方式的要求逐漸提高,多學(xué)科之間整合形式的課程成為新的研究方向[1-2]. 物理是一門(mén)基于生活、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的學(xué)科，在學(xué)生學(xué)習(xí)課本理論知識(shí)的同時(shí)，也需要有機(jī)會(huì)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一定的實(shí)踐，只有加深對(duì)知識(shí)的理解與認(rèn)識(shí)，才能熟練掌握知識(shí). 因此推行物理學(xué)科與綜合實(shí)踐活動(dòng)的整合[3]，可以構(gòu)建全新的自主知識(shí)掌握模式，拓展物理課堂，讓物理不再成為“架空”的學(xué)科. 同時(shí)提高學(xué)生從生活現(xiàn)象中獲取物理知識(shí)的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

1 實(shí)施背景與條件分析

1.1 初中物理的知識(shí)架構(gòu)

以人教版初中物理教材為例，力學(xué)是較為獨(dú)立的部分，由于力學(xué)知識(shí)體系的龐大以及難度較高，八年級(jí)的下學(xué)期都會(huì)用于力學(xué)部分知識(shí)的學(xué)習(xí). 同時(shí)，力學(xué)與日常生活密切相關(guān)，即使學(xué)生沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)力學(xué)，也會(huì)對(duì)力學(xué)知識(shí)存在基于生活的認(rèn)識(shí)，這也為后續(xù)的綜合實(shí)踐課堂的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ).

1.2 學(xué)生的特點(diǎn)

物理一般是八年級(jí)新增的學(xué)科. 對(duì)于九年級(jí)的學(xué)生，由于升學(xué)考試的壓力，無(wú)法開(kāi)展整合課程，因此只能從八年級(jí)學(xué)生入手.

1)從學(xué)生學(xué)習(xí)壓力上分析，八年級(jí)學(xué)生整體學(xué)習(xí)壓力偏小，有較多的課余時(shí)間，這也為整合課程的開(kāi)展奠定了時(shí)間基礎(chǔ)；同時(shí)，八年級(jí)教師的教學(xué)任務(wù)也較輕，可以更好地完成整合課程的備課工作.

2)八年級(jí)的學(xué)生剛接觸物理，學(xué)習(xí)興趣較為濃厚，學(xué)習(xí)熱情高.

綜上所述，整合課程最佳的對(duì)象為八年級(jí)的學(xué)生，實(shí)施時(shí)間可選擇八年級(jí)上學(xué)期或者下學(xué)期.

2 整合課程的準(zhǔn)備工作

2.1 準(zhǔn)備工作

1)選定課程目標(biāo)；

2)確定授課內(nèi)容及課程的主題；

3)劃分好課時(shí)的數(shù)量以及每個(gè)課時(shí)的內(nèi)容；

4)計(jì)劃課程內(nèi)的實(shí)踐內(nèi)容；

5)準(zhǔn)備好實(shí)踐操作的工具和場(chǎng)地.

2.2 課程內(nèi)容的選擇

1)內(nèi)容與初中物理的幾個(gè)板塊知識(shí)接軌，不能脫離初中物理的研究范圍；

2)具有一定難度，需要學(xué)生進(jìn)行探究后才能得出結(jié)論；

3)內(nèi)容上不一定是學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的內(nèi)容，但是學(xué)生可以從生活中獲得靈感，或者靠獨(dú)立思考來(lái)完成；

4)課程內(nèi)容最好與未來(lái)的學(xué)習(xí)內(nèi)容接軌，例如與初三或高中的物理內(nèi)容存在交叉與重合.

本次選擇了“橋梁設(shè)計(jì)師”課題開(kāi)展物理與綜合實(shí)踐的整合活動(dòng).

2.3 整合課程的時(shí)間與課時(shí)安排

在“橋梁設(shè)計(jì)師”系列課程中，物理教師與綜合實(shí)踐教師配合，在不影響課程進(jìn)度的情況下，通過(guò)7個(gè)課時(shí)的綜合實(shí)踐課堂時(shí)間，完成了所有的課時(shí)進(jìn)度. “橋梁設(shè)計(jì)師”系列課程的課時(shí)安排如下(1課時(shí)約為45 min):

1)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)并研究設(shè)計(jì)方案，2課時(shí)；

2)練習(xí)制作橋梁，2課時(shí)；

3)正式制作橋梁，2課時(shí)；

4)成果檢驗(yàn)與討論，1課時(shí).

3 課程核心分析

整合課程的核心是讓學(xué)生通過(guò)課程以外的方法和途徑來(lái)獲得知識(shí). 對(duì)于物理和綜合實(shí)踐結(jié)合的整合課程，自然需要通過(guò)綜合實(shí)踐的途徑，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到物理知識(shí).

3.1 物理學(xué)是基于生活的學(xué)科

在“橋梁設(shè)計(jì)師”系列課程的設(shè)計(jì)上，教師先不講授橋梁設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，讓學(xué)生從生活中尋找相關(guān)的例子，嘗試分析物理原理，并應(yīng)用在橋梁設(shè)計(jì)中，真正做到“從生活中來(lái)，到生活中去”的物理學(xué)習(xí)基本方法. 這樣做可以讓學(xué)生明白物理在生活中的地位和作用，學(xué)生通過(guò)“觀察—發(fā)現(xiàn)—思考—分析—論證—應(yīng)用”的流程來(lái)獲得知識(shí)，比教師單純通過(guò)課堂上進(jìn)行理論教學(xué)的效果好.

3.2 物理學(xué)是基于動(dòng)手的學(xué)科

在“橋梁設(shè)計(jì)師”系列課程中，學(xué)生小組把研究得出的結(jié)論應(yīng)用到橋梁制作，不僅是設(shè)計(jì)上應(yīng)用，還要制作出橋梁模型，并且通過(guò)承重實(shí)驗(yàn)來(lái)探究效果. 所以在進(jìn)行物理和綜合實(shí)踐的整合課程時(shí)，必須同時(shí)兼顧知識(shí)應(yīng)用，體現(xiàn)物理的研究方法，才能達(dá)到最佳效果.

4 “橋梁設(shè)計(jì)師”課程詳情記錄

4.1 每課時(shí)的內(nèi)容安排

4.1.1 第1～2課時(shí)：學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)并研究設(shè)計(jì)

方案

本課時(shí)主要交代課程大綱以及課程目標(biāo)：根據(jù)所學(xué)知識(shí)以及生活經(jīng)驗(yàn)，用有限的材料、時(shí)間和人手，制作可以承載最大重力的橋梁模型. 同時(shí)，給學(xué)生觀看優(yōu)秀的橋梁設(shè)計(jì)，讓學(xué)生圍繞優(yōu)秀橋梁進(jìn)行小組討論，分析其優(yōu)秀之處，即大家認(rèn)為的橋梁能承受較大重力的原因. 引導(dǎo)各小組完成優(yōu)秀案例的分析后，各小組開(kāi)展討論，共同完成融合了優(yōu)秀設(shè)計(jì)案例的優(yōu)點(diǎn)以及小組內(nèi)全部成員智慧結(jié)晶的橋梁設(shè)計(jì)的初步方案.

在第2課時(shí)結(jié)束時(shí)，布置小組任務(wù)，讓小組利用課后時(shí)間，完成橋梁的設(shè)計(jì)，并畫(huà)出經(jīng)過(guò)分析和思考后的橋梁設(shè)計(jì)圖. 輔導(dǎo)教師對(duì)各小組的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行驗(yàn)收，檢查各小組的完成進(jìn)度，但該階段不宜介入小組的設(shè)計(jì).

4.1.2 第3～4課時(shí)：練習(xí)制作橋梁

各個(gè)小組根據(jù)設(shè)計(jì)稿，開(kāi)始制作橋梁. 本課時(shí)的作用是讓學(xué)生提前認(rèn)識(shí)和熟悉器材與材料，同時(shí)通過(guò)動(dòng)手制作橋梁，認(rèn)識(shí)到原有設(shè)計(jì)中的不合理之處，在第1次嘗試制作時(shí)發(fā)現(xiàn)不足，并進(jìn)行修改. 經(jīng)過(guò)一輪制作后，各小組對(duì)于組內(nèi)分工和如何提升制作效率會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí). 本課時(shí)輔導(dǎo)教師不宜介入過(guò)多，盡可能給學(xué)生留有思考空間，輔導(dǎo)教師只需要負(fù)責(zé)提供器材和材料、維持課堂紀(jì)律即可.

4.1.3 第5～6課時(shí)：正式制作橋梁

本階段需要2個(gè)課時(shí)的時(shí)間，最好選取2節(jié)課連堂的時(shí)間完成，這是為了保證學(xué)生思路的連貫性. 本階段的內(nèi)容是制作實(shí)際作品. 小組之間不再相互交流，只能使用提供的限定數(shù)量的材料、工具. 各小組在同一起點(diǎn)開(kāi)始制作，同時(shí)結(jié)束，保證比賽的公平性.

4.1.4 第7課時(shí)：成果檢驗(yàn)與討論

本階段為最終的成果檢驗(yàn)階段. 各小組需要介紹自己小組橋梁的特點(diǎn)和靈感來(lái)源. 各小組在課程前與輔導(dǎo)教師交流，提前提供設(shè)計(jì)靈感、設(shè)計(jì)亮點(diǎn)，完成展示時(shí)的PPT頁(yè)面制作，提升展示效果. 在測(cè)試階段，各小組需要在測(cè)試臺(tái)上對(duì)橋梁進(jìn)行壓力測(cè)試，在屏幕上實(shí)時(shí)展示測(cè)試數(shù)據(jù). 假如某個(gè)小組設(shè)計(jì)的橋梁可以在某個(gè)壓力值下保持10 s，那么計(jì)入最終成績(jī). 再次提升壓力，每次壓力提升5 kg，如果橋梁依然能承受10 s，則更新成績(jī)，否則以上次成績(jī)?yōu)闇?zhǔn).

測(cè)試階段結(jié)束后，開(kāi)始經(jīng)驗(yàn)分享. 各小組分享制作橋梁的收獲、感想，最后輔導(dǎo)教師總結(jié).

4.2 各小組制作的橋梁成果展示

6個(gè)小組設(shè)計(jì)的橋梁如圖1所示. 橋梁承壓測(cè)試成績(jī)?nèi)绫?所示.

圖1 全部橋梁

表1 橋梁承壓測(cè)試成績(jī)表

4.2.1 小組1的橋梁設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與靈感

小組1的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)是采用了大量的三角形結(jié)構(gòu)，并且把橋梁設(shè)計(jì)成為又高又窄的形式，如圖2所示. 小組1的學(xué)生認(rèn)為，大量使用三角形結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性，在生活中需要承受大量壓力的情況，都會(huì)使用三角形結(jié)構(gòu)，例如自行車(chē)的車(chē)架、籃球架，現(xiàn)實(shí)中的橋梁也會(huì)使用大量的三角形結(jié)構(gòu)，所以這一設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于生活.

圖2 小組1的橋梁設(shè)計(jì)圖

使用高窄形狀的橋梁設(shè)計(jì)，組長(zhǎng)的分析思路為：如果把橋梁看做整體，可以把橋梁看做1根木棍來(lái)分析，木棍越短越難掰斷，能夠承受的壓力也越大.

可惜小組1的測(cè)試成績(jī)并不好，可能是制作時(shí)間不足導(dǎo)致橋梁沒(méi)有撐過(guò)第一輪的5 kg測(cè)試.

4.2.2 小組2的橋梁設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與靈感

小組2使用了矮扁的橋梁設(shè)計(jì)，同時(shí)在橋梁承重處，使用了大量的木料制作了復(fù)雜的圖案，如圖3所示. 小組2的成員表示，這是為了增加橋梁的承重面積.

圖3 小組2的橋梁設(shè)計(jì)圖

小組2的學(xué)生在看了八年級(jí)下冊(cè)的物理課本后發(fā)現(xiàn)，想要減小橋梁的形變程度，就必須增大橋梁的承重面積. 例如在挖掘機(jī)上安裝履帶，通過(guò)增大接觸面積來(lái)減少地面的形變，防止挖掘機(jī)陷入泥地中. 所以在保證正常承重的情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)復(fù)雜的圖案來(lái)增加受力面積. 而設(shè)計(jì)成矮扁的橋梁形狀是為了節(jié)省材料(省下來(lái)的材料全部用在承重部分的制作上).

小組2的橋梁承受的重力在全部小組中名列第3，證明增加接觸面積可以增強(qiáng)橋梁的承重能力的設(shè)計(jì)方向是正確的.

4.2.3 小組3的橋梁設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與靈感

小組3同樣采用了矮扁的橋梁設(shè)計(jì)方案，如圖4所示，但是理由與小組2不同：小組3認(rèn)為，矮扁的橋梁最大的好處，是讓橋梁更加穩(wěn)定，不宜翻倒. 為了驗(yàn)證猜想，他們甚至做了實(shí)驗(yàn)：用相同大小的推力去推同學(xué)，這位同學(xué)分別直立和蹲馬步，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蹲馬步更不容易被推倒. 正是這一生活經(jīng)驗(yàn)，讓他們堅(jiān)定地選擇了矮扁設(shè)計(jì)方案.

圖4 小組3的橋梁設(shè)計(jì)圖

小組3并沒(méi)有采用大量復(fù)雜圖案來(lái)增加接觸面積，而是把剩余木材用在加固橋梁，增加三角形結(jié)構(gòu)，提高橋梁的強(qiáng)度.

值得一提的是，小組3的制作水平，在全部小組中是最高的，用時(shí)也最短. 在最終的測(cè)試中，小組3的橋梁竟然承載了40 kg的重物，成為了當(dāng)之無(wú)愧的第1名.

4.2.4 小組4～6的橋梁設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與靈感

小組4～6的橋梁整體結(jié)構(gòu)采用拱形.

小組4整體使用拱形設(shè)計(jì)，為了增強(qiáng)承重能力，橋梁中間添加了許多三角形結(jié)構(gòu)，如圖5所示. 小組4表示，拱形橋梁是為了節(jié)省木材，增加更多的三角形結(jié)構(gòu).

圖5 小組4的橋梁設(shè)計(jì)圖

小組5表示拱形橋梁是為了分散壓力，如圖6所示. 為此小組5的同學(xué)還準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)：如果用握住雞蛋的方法來(lái)破壞雞蛋殼，所用的力比直接磕碎要大得多. 生活中也存在通過(guò)拱形結(jié)構(gòu)分散壓力的例子，例如壓力容器都是圓柱形，潛水艇也做成圓柱形.

圖6 小組5的橋梁設(shè)計(jì)圖

小組6集合了其他組的優(yōu)點(diǎn)，既有拱形結(jié)構(gòu)，也有三角形和大接觸面積，甚至還在拱形結(jié)構(gòu)下增加了另外的1層三角形結(jié)構(gòu)(圖7)，專門(mén)用于承受壓力，不過(guò)作為代價(jià)，他們的三角形結(jié)構(gòu)較少. 在最終的測(cè)試階段，小組6由于缺少制作經(jīng)驗(yàn)，制作的橋梁強(qiáng)度不夠，橋梁承重35 kg，成績(jī)僅次于小組3.

圖7 小組6的橋梁設(shè)計(jì)圖

4.3 各個(gè)小組的感想、認(rèn)識(shí)與收獲

4.3.1 團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性

為了增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在橋梁設(shè)計(jì)之前，提前進(jìn)行1次設(shè)計(jì)的練習(xí). 在練習(xí)過(guò)程中，不少組由于參與的人數(shù)不夠多，效率低下，導(dǎo)致不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù). 經(jīng)過(guò)了第1次練習(xí)后，小組組長(zhǎng)對(duì)設(shè)計(jì)的過(guò)程有了基本的認(rèn)識(shí). 不少小組在最終制作之前在組內(nèi)分工，甚至小組3對(duì)制作流程中的各個(gè)步驟都進(jìn)行了詳細(xì)的分工，給每個(gè)成員都分配了任務(wù).

通過(guò)整合課程，學(xué)生們也認(rèn)識(shí)和體會(huì)到，所有工程不可能靠幾個(gè)人完成，小到橋梁的模型，大到真實(shí)的橋梁工程，都是需要團(tuán)隊(duì)合作來(lái)完成. 同時(shí)這也是對(duì)組長(zhǎng)能力的鍛煉，團(tuán)隊(duì)的成員需要凝聚力，需要組長(zhǎng)的調(diào)度與分配.

4.3.2 理想和現(xiàn)實(shí)的區(qū)別

小組2的同學(xué)表示：全體成員在課程前低估了任務(wù)的難度，開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，成員構(gòu)思出了形態(tài)各異的橋梁，但是在真正開(kāi)始制作時(shí)，由于缺乏專業(yè)知識(shí)，這些異想天開(kāi)的設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，最后只能從比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)做起.

小組4的同學(xué)表示：在開(kāi)始設(shè)計(jì)只考慮了理想情況下的方案，沒(méi)有考慮方案該如何制作才能發(fā)揮理想的性能. 在制作時(shí)，木棍之間無(wú)法完全貼合，不少同學(xué)直接把膠水涂上去，既沒(méi)考慮木棍之間是否貼合，也沒(méi)考慮膠水凝固需要時(shí)間.

小組4的組長(zhǎng)在分享時(shí)也表示：涂抹膠水后，可以使用燕尾夾對(duì)黏合處進(jìn)行夾持，放置一段時(shí)間后再打開(kāi)燕尾夾，等待膠水干透. 夾持的時(shí)間由氣溫而定.

小組6的組長(zhǎng)指出：在制作橋梁時(shí)，需要注意木棍之間的連接穩(wěn)定性. 柱狀的木棍之間在拼接時(shí)存在大量的空隙，因此最佳的制作方法是對(duì)木棍的連接處進(jìn)行修整，讓木棍具有一定的傾角，更加貼合.

輔導(dǎo)教師寄語(yǔ)：橋梁工程涉及諸多學(xué)科，要想完成橋梁建設(shè)，離不開(kāi)各專業(yè)人士的合作.

5 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)展物理學(xué)科與綜合實(shí)踐活動(dòng)的整合課程，在教師的協(xié)助下學(xué)生掌握并應(yīng)用物理知識(shí)，學(xué)生獲得應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的成就感，該活動(dòng)貫徹了STS理念. 物理在整合課程的應(yīng)用還需要更多的研究，例如課時(shí)分配等問(wèn)題，希望在師生的努力下，整合課程可以成為結(jié)構(gòu)完善、課標(biāo)明確、教材和課題豐富的常駐課程.