呂文安

摘要：通用技術(shù)與中學(xué)物理，相似點(diǎn)非常多，都屬于自然科學(xué)范疇，都是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。兩學(xué)科都致力于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新思維以及細(xì)致的觀察能力。近年來，國家對中學(xué)開展通用技術(shù)課程高度重視，這門學(xué)科的開展充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生對日常生活細(xì)節(jié)的關(guān)注和興趣，而生活中的物理也是無處不在。因此，如果能把通用技術(shù)有效融入物理課堂，就能更好地培養(yǎng)學(xué)生操作能力、創(chuàng)新能力。讓相關(guān)學(xué)科相互促進(jìn)，最終提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和學(xué)業(yè)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：通用技術(shù);中學(xué)物理;有效融入;學(xué)業(yè)進(jìn)步

1.1 農(nóng)村中學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀困境分析

中學(xué)物理課堂的常規(guī)教學(xué)，主要體現(xiàn)在教材的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)開展。而對于生源質(zhì)量較低的農(nóng)村學(xué)校，學(xué)校的教學(xué)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對落后，加上學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，對物理學(xué)科興趣不高，甚至有恐懼或厭惡心理。過去，筆者認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)課是提高學(xué)生興趣的重要手段，但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生對課本大綱的實(shí)驗(yàn)興趣不高。筆者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，他們對常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)興趣缺乏的原因有以下方面：其一是過于“急躁”，對實(shí)驗(yàn)的原理還不熟悉就開始動(dòng)手操作，結(jié)果操作過程不流暢不順利，最后出現(xiàn)沮喪心理;其二是認(rèn)為這是對課本已有實(shí)驗(yàn)的再驗(yàn)證，只是對前人試驗(yàn)的重復(fù)，感覺物理實(shí)驗(yàn)只能得出課本結(jié)論，很難“制造”出屬于他們自己的實(shí)物產(chǎn)品，因此學(xué)習(xí)勁頭不高。

1.2 通用技術(shù)課堂特點(diǎn)和開展價(jià)值

通用技術(shù)學(xué)科的核心基于生活生產(chǎn)的實(shí)物模型設(shè)計(jì)和制作，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。學(xué)生通過觀察、分析、設(shè)計(jì)、制作、實(shí)驗(yàn)等一系列實(shí)踐活動(dòng)，更好地培養(yǎng)創(chuàng)造意識、觀察能力。例如制作一張凳子，如何選擇材料？如何制作增強(qiáng)凳子穩(wěn)定性和承受力？凳子的構(gòu)造如何更讓人感覺舒服美觀？等等。通用技術(shù)的設(shè)計(jì)理念能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的思考積極性及動(dòng)手實(shí)踐能力。筆者通過開展通用技術(shù)課堂發(fā)現(xiàn)，在所有學(xué)科中，通用技術(shù)課程學(xué)生參與活躍度達(dá)到了一個(gè)小高潮。筆者通過與部分學(xué)生的談話了解到，他們對通用技術(shù)的興趣甚于物理實(shí)驗(yàn)課堂的原因：首先通用技術(shù)與生活生產(chǎn)密切相關(guān)，制作作品的要求難度不高，涉及面又非常廣泛，學(xué)生的想象力可以得到充分發(fā)揮;另外，完成了作品制作，每個(gè)學(xué)生都有自己的實(shí)物成果，成果成為增強(qiáng)自信的強(qiáng)心針，驅(qū)動(dòng)他們要更好地對日常生活進(jìn)行觀察研究。

1.3 通用技術(shù)融入物理課堂的意義

中學(xué)物理與通用技術(shù)有很多相似之處，都是理論與實(shí)踐結(jié)合很強(qiáng)的學(xué)科。教師通過指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行通用技術(shù)設(shè)計(jì)和制作，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，并且從自己完成的作品中獲得成功感、自我肯定評價(jià)，增強(qiáng)自信心。同時(shí)，在作品完成后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析其物理原理，提取作品中的物理模型，提高物理學(xué)習(xí)效率。

1.4 通用技術(shù)如何融入物理課堂

關(guān)于如何把通用技術(shù)有效融入物理課堂，提升物理教學(xué)質(zhì)量，筆者通過理論和實(shí)踐探究，總結(jié)了以下三點(diǎn)：

第一步、科學(xué)設(shè)計(jì)符合物理教學(xué)大綱的通用技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生嘗試從物理原理上去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題這三方面來開展“通用技術(shù)”課程教學(xué)。例如，通用技術(shù)課堂要求制作“小型電風(fēng)扇”，引導(dǎo)學(xué)生思考風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的物理原理是什么？風(fēng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)不流暢的原因？如果減少轉(zhuǎn)軸摩擦力？等等。

第二步、指導(dǎo)學(xué)生在自身完成的通用作品上尋找、分析其中的物理知識和原理，讓物理課堂形象化具體化。通過自身作品，快速構(gòu)建物理模型。還是以“自制小風(fēng)扇”為例。引導(dǎo)學(xué)生提出線速度、角速度、周期等基本概念，并讓學(xué)生討論，風(fēng)扇葉上各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律，轉(zhuǎn)動(dòng)快慢與周期、頻率、線速度、角速度等關(guān)系，等等。

第三步、結(jié)合現(xiàn)代多媒體技術(shù)，嘗試把學(xué)生通用作品融入物理習(xí)題中，提高物理課堂興趣。教師在物理課堂教學(xué)中，不能純粹理論教學(xué)，要有意識地運(yùn)用“通用技術(shù)”理念，實(shí)現(xiàn)“通用技術(shù)”知識和物理知識的有機(jī)結(jié)合。讓學(xué)生自己探究自身作品的物理原理，利用自己的作品去解決物理習(xí)題，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和興趣就能被充分地激發(fā)，從根本上提高了物理學(xué)習(xí)水平。

2.通用技術(shù)融入物理課堂具體案例

下面是筆者和學(xué)生共同完成的一項(xiàng)關(guān)于通用技術(shù)有效融入物理物理課堂，進(jìn)而提升物理學(xué)習(xí)效率的一個(gè)探究案例：

首先，參與探究的對象是高一學(xué)生。在第一學(xué)期，高一學(xué)生對高中生活充滿好奇和新鮮感，在一次通用技術(shù)課堂中，筆者以“結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定”為主題，從通用設(shè)計(jì)的一般過程出發(fā)，即發(fā)現(xiàn)和明確問題，制定設(shè)計(jì)方案，模型制造，優(yōu)化與改進(jìn)等幾方面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自己喜愛的生活事物的設(shè)計(jì)。如何讓作品模型美觀而實(shí)用？如何讓作品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易坍塌？如何控制制作成本？等等。學(xué)生們的熱情被充分激發(fā)起來，這時(shí)候，筆者嘗試從物理學(xué)受力的角度出發(fā)，提出一些具體問題讓學(xué)生討論思考，例如要完成一個(gè)小木凳制作，在不借用502膠水或釘子的基礎(chǔ)上，如何維持小木凳受力平衡？小木凳是用三個(gè)凳腳還是四個(gè)凳腳支撐更能維持穩(wěn)定？現(xiàn)代商用小型無人機(jī)為什么是四翼而不是三翼？從維持飛行穩(wěn)定和控制制作成本、難度方面，如何權(quán)衡利弊綜合考慮？雖然學(xué)生回答的結(jié)果不一定是最佳答案，但課堂熱烈討論、積極參與的氣氛充分被調(diào)動(dòng)了起來。

在完成學(xué)生通用作品收集后，筆者給予逐一打分。第一次通用設(shè)計(jì)沒有特別的制作要求，只要求學(xué)生從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性出發(fā)進(jìn)行制作。部分同學(xué)選擇制作“大橋”或“房屋”。以下是兩個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)制作“斜拉索大橋”和“小木屋”。

在通用技術(shù)作品總結(jié)交流課上，筆者請以上兩名學(xué)生談?wù)勛约旱闹谱鞲惺?。“斜拉索大橋”制作者是一名男生，剛開始，該生本打算制作普通的橋梁，在平直路面的下面，加上三組“橋墩”，通過橋墩的承受力，讓橋面保持穩(wěn)定。后來他覺得既然制作的是大型橋梁，如果只是加上普通的橋墩，如果有強(qiáng)風(fēng)巨浪等惡劣環(huán)境，加上重型車隊(duì)通過大橋，橋墩的承受力可能不夠維持橋面的穩(wěn)定，除了讓橋墩給予橋面向上的支持力，也可以考慮在橋面上方給予橋面拉力。于是在大橋中間兩側(cè)加上高塔，高塔附上若干根斜拉索。該生反映，他只是認(rèn)為普通的橋墩不足以承受橋面重力，需要再考慮增加什么結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定橋面，最后想到了在大橋中間加上高塔和斜拉索，最終完成了生活中普遍存在的“斜拉索大橋”。這樣的制作雖然普通平凡，但該生認(rèn)為，通過制作，促進(jìn)自己以后要更細(xì)心去觀察生活，觀察生活的事物如何存在得更合理、更科學(xué)，更好地為百姓使用。另外，“小木屋”的作者是一名女生，她認(rèn)為穩(wěn)定的房屋，需要有“三角形”結(jié)構(gòu)。因此她選擇制作“小木屋”。房屋由四根臺柱支撐，屋頂是一個(gè)三角形的構(gòu)造，房子不容易坍塌。另外，她也指出，三角形屋頂也相當(dāng)于一個(gè)斜面，斜面有利于排水。本來這些“小木屋”是很常見的生活建筑。該女生也認(rèn)為，自己的作品缺乏特色，過于平凡，不過，制作作品讓她獲得成功感和自信心。另外，也認(rèn)為了解生活細(xì)節(jié)、善于觀察的重要性，激發(fā)了她對生活事物更大的好奇心。

高一第一學(xué)期，物理學(xué)開始詳細(xì)介紹受力分析，受力平衡等力學(xué)知識。在同學(xué)們完成受力分析，力的合成與分解后，筆者試圖讓學(xué)生對自己的作品從受力分析的角度觀察，分析如何讓自己的作品受力平衡，維持穩(wěn)定。在過去的高一年級物理教學(xué)中，學(xué)生在受力分析環(huán)節(jié)后就開始出現(xiàn)兩極分化，厭學(xué)畏難情緒開始增加。而今天，學(xué)生們對自己的通用技術(shù)作品進(jìn)行力的分析，他們熱情高漲，雖然不一定能正確分析評價(jià)，但參與度和積極性是以往無法比擬的。

在一堂關(guān)于受力分析的物理課堂上，筆者還是以某男生的“斜拉索大橋”為例，讓同學(xué)們嘗試對該作品畫出受力分析圖。然后再評價(jià)，討論。以下是該橋斜拉索部分的受力分解圖：

通過對橋梁主塔的受力分析，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，越多的斜拉索，那么對橋面提供豎直向上拉力的分力就越多。正是因?yàn)檫@些分力，穩(wěn)定了橋面，減輕了橋面以下的橋墩的承受力，當(dāng)然，斜拉索也不是越多越好，畢竟這樣對主橋墩的壓力也越大，要結(jié)合建造成本和安全等現(xiàn)實(shí)問題去綜合考慮。

另外，并不是所有學(xué)生都能對橋梁高塔正確受力分析，某同學(xué)的受力分析圖如下：

這個(gè)受力分析有沒有錯(cuò)呢？該同學(xué)說，根據(jù)牛頓第三定律，斜拉索受到主塔的拉力，主塔對斜拉索也有反方向的拉力，作用力與反作用力等大反向，合力為零，因此橋梁和橋面保持穩(wěn)定！筆者聽了該同學(xué)的回答，有點(diǎn)驚訝，回過神來，也覺得這是情理之中，畢竟學(xué)生學(xué)習(xí)知識容易混淆概念。然后筆者跟同學(xué)們說，該同學(xué)能夠利用牛頓第三定律來分析，出發(fā)點(diǎn)不錯(cuò)，問題在于受力分析的第一步?jīng)]有弄清楚，那就是首先要明確研究對象！本次受力分析的對象是主塔而不是斜拉索。然后同學(xué)們通過觀察自己的“橋梁”作品，原來是研究對象搞錯(cuò)了，很快就能夠糾正過來，在下一個(gè)環(huán)節(jié)，錯(cuò)誤率明顯降低。課后筆者了解發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不再為了做題而做題，他們手里有著具體形象的物理實(shí)物模型，能夠通過觀察，快速明白自己受力分析存在的問題并予以糾正。

受力分析只是力學(xué)的入門環(huán)節(jié)，在同學(xué)們逐漸掌握這一“敲門磚”本領(lǐng)后，筆者加深力學(xué)分析難度。在一次物理習(xí)題課堂上，筆者設(shè)計(jì)了一道關(guān)于通用作品的物理習(xí)題，結(jié)合某女生的“小木屋”作品，讓同學(xué)們討論分析，習(xí)題如下：

一房屋的屋檐水平寬度為L，屋頂斜面為了盡快讓雨水通過，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)屋頂斜面的角度？（忽略斜面與雨水的摩擦阻力）

在讓同學(xué)們嘗試完成這道習(xí)題前，筆者拿起某同學(xué)的“小木屋”，并提問該作品作者：這個(gè)房屋的屋頂斜面與水平面之間的夾角多少度？你為什么要選擇這個(gè)角度？該作者——某女生回答：大概是30度到60度之間，具體她自己也不清楚。然后筆者再提問了其他同學(xué)，屋頂?shù)慕嵌仁窃叫≡胶媚兀窟€是越大越好？如何設(shè)計(jì)最合理——也就是說，如何能讓雨水最快的時(shí)間通過屋頂？同學(xué)們的表情充滿興奮和好奇，紛紛拿起筆來，一邊觀察，一邊小組討論。一段時(shí)間后，大家紛紛展示自己的研究成果：約10%的同學(xué)認(rèn)為是30度，20%的同學(xué)認(rèn)為是60度，50%的同學(xué)認(rèn)為是45度，其余的同學(xué)沒有具體結(jié)論。筆者提問了“小木屋”作者來回答此問題，她結(jié)合牛頓第二定律、受力分析、幾何知識、勻變速公式以及三角函數(shù)等方法求解：當(dāng)屋頂斜面與水平面夾角45度，雨水最快時(shí)間下落完畢。

她的結(jié)算結(jié)果是45度，過程正確。該女生的物理基礎(chǔ)一般，為什么能完成這個(gè)解答過程呢？筆者提問該女同學(xué)，她回應(yīng)這是她們小組討論的結(jié)果。但她的最大感受是，原來物理原理能夠與生活生產(chǎn)如此完美結(jié)合，感覺到不可思議！為什么屋頂斜面一般都是45度？原來不只是美觀，而是為了讓雨水盡可能快速通過，減少雨水對房屋的壓力。通過一次簡單的通用技術(shù)制作，讓大大增強(qiáng)了物理學(xué)習(xí)興趣和自信心，今后會更認(rèn)真更細(xì)心去探索生活中的物理。

3 結(jié)束語

實(shí)踐證明，興趣是最好的老師。過去的課堂教學(xué)，教師可能為了教學(xué)而教學(xué)，學(xué)生只是很被動(dòng)地、機(jī)械地進(jìn)行學(xué)習(xí)，因此學(xué)習(xí)效率很難從根本上得到提高。筆者嘗試在通用技術(shù)制作中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中的物理原理，而在完成通用作品后，又讓學(xué)生試圖對作品進(jìn)行物理學(xué)分析。學(xué)生的興趣激發(fā)起來，成為他們的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，從被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)探究，成功培養(yǎng)了自身細(xì)心觀察生活的能力。

在現(xiàn)代多媒體、人工智能技術(shù)進(jìn)入課堂教學(xué)大背景中，如果我們能夠把多學(xué)科更好地聯(lián)系起來，把學(xué)科與生活聯(lián)系起來，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得成功感和喜悅感，相信學(xué)生會更加愛上這樣的具有人文關(guān)懷而不缺科學(xué)探究的新課堂模式，一切有利于學(xué)生品德培養(yǎng)和科學(xué)知識培養(yǎng)的新型課堂模式理應(yīng)值得嘗試。

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