潘碧云

摘? ?要：基于戈德堡機(jī)械的趣味性、創(chuàng)新性等教育特點(diǎn)，結(jié)合其應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)的理論基礎(chǔ)，闡述它在初中物理課堂中作為演示實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式應(yīng)用的兩個(gè)典型案例，并立足于應(yīng)用實(shí)踐從四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理，總結(jié)出戈德堡機(jī)械應(yīng)用于初中物理教學(xué)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：戈德堡機(jī)械;創(chuàng)新;steam教育;項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

教育是育人的長(zhǎng)期性活動(dòng)，應(yīng)著眼于人的未來(lái)與發(fā)展。我國(guó)近年在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”理念下發(fā)展起來(lái)的steam教育因其跨學(xué)科性與創(chuàng)新性特點(diǎn)漸漸走進(jìn)人們的視野。然而當(dāng)前應(yīng)試教育的急功近利，造成中學(xué)生參與學(xué)習(xí)實(shí)踐機(jī)會(huì)少，實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新探索實(shí)踐更是少之又少。如何基于當(dāng)前創(chuàng)新教育的短板，從初中物理教學(xué)上做一些的可行性的改變呢？下面對(duì)戈德堡機(jī)械在物理教學(xué)中應(yīng)用進(jìn)行了探索。

1? 戈德堡機(jī)械的特點(diǎn)

戈德堡機(jī)械（Rube Goldberg machine）是一種被設(shè)計(jì)得過(guò)度復(fù)雜的機(jī)械組合，以迂回曲折的方法完成一些非常簡(jiǎn)單的工作，例如倒一杯水，或打一顆蛋等等[ 1 ] 。從教育者的角度觀察，發(fā)現(xiàn)戈德堡機(jī)械擁有以下幾個(gè)顯著的教育特點(diǎn)。

1.1? 趣味性強(qiáng)

由于戈德堡機(jī)械用繁復(fù)的運(yùn)作去完成極簡(jiǎn)單的任務(wù)，這種強(qiáng)烈的對(duì)比使得它的運(yùn)行過(guò)程容易讓人產(chǎn)生一種荒謬、滑稽的喜劇感;機(jī)關(guān)一觸即發(fā)，聯(lián)動(dòng)的系列反應(yīng)增加了戈德堡機(jī)械的趣味性，這些對(duì)初中生都有著強(qiáng)烈的吸引力。

1.2? 便捷性強(qiáng)

戈德堡機(jī)應(yīng)用的便捷性主要體現(xiàn)它的零件取材方便，可變廢為寶。它的機(jī)械零件常常是簡(jiǎn)陋非常規(guī)的，如一個(gè)喝湯用的勺子，在戈德堡機(jī)械組合中可能被當(dāng)做杠桿使用;一把雨傘也可能被設(shè)計(jì)成一個(gè)觸發(fā)開(kāi)關(guān);一個(gè)胡蘿卜的滾動(dòng)可能打開(kāi)一扇門等等。

1.3? 應(yīng)用過(guò)程性強(qiáng)

戈德堡機(jī)注重應(yīng)用性。所有的設(shè)計(jì)都要經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，都極有可能令原定的任務(wù)不能達(dá)成。學(xué)生參與設(shè)計(jì)和組裝是需要一定的生活經(jīng)驗(yàn)和系列基礎(chǔ)物理知識(shí)的支撐。

1.4? 創(chuàng)新性強(qiáng)

戈德堡機(jī)的取材范圍廣，組合方式自由，創(chuàng)新性強(qiáng)。個(gè)人的團(tuán)隊(duì)的特色容易通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)直觀表現(xiàn)出來(lái)。學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)可進(jìn)行天馬行空的頭腦風(fēng)暴，從中整合出創(chuàng)意性、可行性、觀賞性強(qiáng)的機(jī)械組合，是學(xué)生將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的通道，促進(jìn)思維的發(fā)散與創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

2? 戈德堡機(jī)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用探索

2.1? 立足的教育理論基礎(chǔ)

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》在“基本理念”中指出：物理教學(xué)活動(dòng)必須建立在學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平和已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上[ 2 ]。新課程的課程資源觀：教師應(yīng)跳出封閉的教材和教室，創(chuàng)造性地使用教材，積極利用和開(kāi)發(fā)身邊的課程資源，使教學(xué)內(nèi)容貼近學(xué)生，貼近社會(huì)[ 3 ]。戈德堡機(jī)械在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用契合現(xiàn)代教育理念和課程資源觀;它的設(shè)計(jì)應(yīng)用立足于“逆向教學(xué)設(shè)計(jì)”思想，以終為始[ 4 ];它在設(shè)計(jì)和組裝過(guò)程中的頭腦風(fēng)暴、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、集思廣益等特征是steam教育精神的集中體現(xiàn)。

2.2? 應(yīng)用實(shí)踐案例

2.2.1? 迅速激趣的演示實(shí)驗(yàn)

在八下物理“滑輪”這節(jié)課中，筆者自制了一個(gè)戈德堡機(jī)械演示器具，用它作為引課的演示實(shí)驗(yàn)。自制器具材料：木板、裝修廢木料、螺絲釘、細(xì)繩、滑輪紙盒、滑輪、蜘蛛俠模型、鋼球。俗話說(shuō)“良好的開(kāi)端是成功的一半”，筆者在課堂上先演示了自制戈德堡機(jī)械的運(yùn)行過(guò)程：讓一鋼球從木料搭建的幾個(gè)斜面頂端交替滾下，達(dá)到斜面底端后小球沖出軌道，掉進(jìn)早已準(zhǔn)備好的紙杯中造成紙杯下落，觸發(fā)杠桿失去平衡造成放置在杠桿平面上的鉤碼滾落，鉤碼通過(guò)細(xì)繩繞過(guò)定滑輪與另一端的蜘蛛俠模型相連，鉤碼下落造成蜘蛛俠攀升而上的景象。該組戈德堡機(jī)械的演示應(yīng)用在“滑輪”課引課環(huán)節(jié)，起到了承上啟下的作用，不僅引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)了動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化、杠桿的知識(shí)，同時(shí)設(shè)疑引發(fā)學(xué)生思考：鉤碼下落后是通過(guò)什么機(jī)械把蜘蛛俠拉起呢？由于戈德堡機(jī)的一觸即發(fā)和聯(lián)動(dòng)的系列反應(yīng)有很強(qiáng)的觀賞激趣的效果，迅速激發(fā)學(xué)生的好奇心，為本課的學(xué)習(xí)打下了良好的心理驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)。在課后，很多學(xué)生對(duì)我的自制戈德堡機(jī)械進(jìn)行了圍觀和評(píng)價(jià)，眼神里有好奇的火花在閃動(dòng)，學(xué)生想嘗試動(dòng)手制作的欲望很強(qiáng)烈。

2.2.2? 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的魅力

基于“滑輪”的成功引課案例，在“簡(jiǎn)單機(jī)械”單元臨近結(jié)束時(shí)，筆者再次將戈德堡機(jī)械應(yīng)用于物理課堂教學(xué)。這次，筆者設(shè)計(jì)成了steam教育中常用的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式進(jìn)行。在課前布置任務(wù)時(shí)，對(duì)小組項(xiàng)目設(shè)計(jì)提出簡(jiǎn)明的要求：“設(shè)計(jì)一套系列聯(lián)動(dòng)機(jī)械推倒一本豎立的新華字典，機(jī)械制作材料不限”。學(xué)生們對(duì)這樣寬松自由的實(shí)驗(yàn)要求即意外又興奮。在課堂現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械測(cè)試研究中，有幾個(gè)小組的設(shè)計(jì)模仿了“滑輪”該課的自制器具，讓小球從斜面滾輪推書(shū)，在不斷試錯(cuò)中他們總結(jié)出：“推動(dòng)字典的過(guò)程就是對(duì)球做功的過(guò)程”“小球質(zhì)量越大，放得越高，越容易推倒書(shū)本”“球?qū)?shū)的作用點(diǎn)越高時(shí)也越容易推倒書(shū)本”等。另有一小組則設(shè)計(jì)了通過(guò)觸動(dòng)杠桿引發(fā)單擺小球擊打字典從而推倒字典。由于小球質(zhì)量小效果不好，更有學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，將小球換成一個(gè)大蘋果，字典在他們的嘗試中應(yīng)聲而倒，現(xiàn)場(chǎng)掌聲雷動(dòng)。在各小組對(duì)這次的活動(dòng)做總結(jié)時(shí)，學(xué)生間互相分享了自己的設(shè)計(jì)作品應(yīng)用的物理知識(shí)，如：機(jī)械能的互相轉(zhuǎn)化、功的相關(guān)知識(shí)、慣性、力的作用效果等，促進(jìn)了對(duì)知識(shí)的深度理解。在這個(gè)steam項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例里，戈德堡機(jī)的自由創(chuàng)意和應(yīng)用檢驗(yàn)得到了充分發(fā)揮，學(xué)生設(shè)計(jì)制作的過(guò)程中體會(huì)到了知識(shí)學(xué)習(xí)的實(shí)用性和應(yīng)用的趣味性。自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)探究，促進(jìn)創(chuàng)造力的培養(yǎng)是該課的一個(gè)顯著特征。

3? 戈德堡機(jī)在初中物理教學(xué)中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

3.1? 目標(biāo)的制定

3.1.1? 明確簡(jiǎn)潔

戈德堡機(jī)械設(shè)定的最終目標(biāo)是動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，不是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，但它是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成效的重要依據(jù)。簡(jiǎn)潔明確的目標(biāo)使得學(xué)生的自主學(xué)習(xí)有了明確的方向性，使得課堂自由卻不混亂，在民主的學(xué)習(xí)氛圍里，學(xué)習(xí)圍繞知識(shí)本身為主體而展開(kāi)，學(xué)習(xí)由知識(shí)原發(fā)性吸引而驅(qū)動(dòng)，學(xué)生感受到知識(shí)的魅力。

3.1.2? ?最近發(fā)展區(qū)原則

設(shè)計(jì)過(guò)程分解出來(lái)的每個(gè)小目標(biāo)應(yīng)在學(xué)情基礎(chǔ)上，根據(jù)建構(gòu)主義的“最近發(fā)展區(qū)”原則設(shè)定。這樣不僅利于知識(shí)框架的連續(xù)搭建，還能在戈德堡機(jī)為載體應(yīng)用的過(guò)程中促進(jìn)知識(shí)的逐步完善與深化。學(xué)生通過(guò)實(shí)際的努力能體會(huì)到自主學(xué)習(xí)的成就感，從而驅(qū)動(dòng)深層次學(xué)習(xí)的進(jìn)行，而脫離基礎(chǔ)的跳躍性目標(biāo)容易因?qū)W生的畏難情緒從而對(duì)項(xiàng)目放棄。

3.2? 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

教師提綱挈領(lǐng)地引導(dǎo)學(xué)生明確需幾個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)成目標(biāo)，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)課堂。學(xué)生通過(guò)自學(xué)、查資料、設(shè)計(jì)機(jī)械步驟并附加說(shuō)明依據(jù);教師組織討論設(shè)計(jì)方案的合理性。該過(guò)程幫助學(xué)生逐步領(lǐng)會(huì)方法的使用，體驗(yàn)知識(shí)的生成過(guò)程，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

3.3? 制造環(huán)節(jié)

學(xué)生進(jìn)行制造操作、試錯(cuò)、糾錯(cuò)過(guò)程不斷完善對(duì)機(jī)械知識(shí)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)完成指定的目標(biāo)。該過(guò)程教師應(yīng)以積極的心態(tài)看待學(xué)生的錯(cuò)誤，甚至有疑問(wèn)時(shí)鼓勵(lì)試錯(cuò)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的體驗(yàn)性。失敗的實(shí)驗(yàn)操作的最大價(jià)值就在于讓人吸取經(jīng)驗(yàn)后進(jìn)行改進(jìn)，即“吃一塹、長(zhǎng)一智”，這樣既能檢驗(yàn)戈德堡機(jī)械設(shè)計(jì)的成效，又能促進(jìn)學(xué)生個(gè)人品格的完善。

3.4? 展示解說(shuō)與評(píng)價(jià)

教師要?jiǎng)?chuàng)造機(jī)會(huì)讓學(xué)生展示所制的戈德堡機(jī)械作品，同時(shí)讓小組成員配以現(xiàn)場(chǎng)解說(shuō)。展示環(huán)節(jié)不僅讓學(xué)生體會(huì)成就感，還能養(yǎng)成分享和表現(xiàn)的積極人格。現(xiàn)場(chǎng)解說(shuō)是在學(xué)生在對(duì)知識(shí)進(jìn)行深度研究與不斷總結(jié)升華的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行的一種學(xué)習(xí)分享活動(dòng)。解說(shuō)活動(dòng)能極大程度激發(fā)學(xué)生進(jìn)行自主的有深度學(xué)習(xí)的積極性。

只有學(xué)生激發(fā)出了對(duì)學(xué)習(xí)原發(fā)性的熱愛(ài)，創(chuàng)造力才有可培育的土壤，學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高才成為可能。戈德堡機(jī)械靈活開(kāi)放的特點(diǎn)能為創(chuàng)造力培養(yǎng)提供重要的養(yǎng)分，在初中物理教學(xué)中，它可作為一個(gè)物理知識(shí)的綜合載體實(shí)施應(yīng)用，以steam教育常用的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)模式開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的4C能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的達(dá)成。

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