趙宗友

(重慶市大足區(qū)城南實(shí)驗(yàn)學(xué)校，重慶 402360)

在初中物理綜合實(shí)踐活動(dòng)中融入STEAM教育理念，可以讓學(xué)生深刻理解與物理有關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等知識(shí),有利于提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。[1]在教學(xué)實(shí)踐中，筆者設(shè)計(jì)了制作桿秤的活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)融合STEAM教育理念的初中物理項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，綜合實(shí)踐與STEAM教育理念碰撞出了創(chuàng)新的火花。

1 基于實(shí)際，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》提出的“核心素養(yǎng)”是各學(xué)科教育落實(shí)在學(xué)生身上最有價(jià)值的必備品格及關(guān)鍵能力,是個(gè)體在面對(duì)復(fù)雜的、不確定的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題時(shí),能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合品質(zhì)。[2]然而，面對(duì)升學(xué)的壓力,部分教師會(huì)偏重于知識(shí)與技能的傳授,忽略方法的指導(dǎo),導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力不能得到應(yīng)有的提升。為此,教師可以充分利用綜合實(shí)踐活動(dòng),融合STEAM教育理念，給學(xué)生搭建平臺(tái),創(chuàng)造更多實(shí)踐的機(jī)會(huì),培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力、創(chuàng)新能力,進(jìn)而促進(jìn)其核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

2 融會(huì)貫通，創(chuàng)新實(shí)踐

2.1 激趣導(dǎo)入

請(qǐng)學(xué)生猜一個(gè)謎語(yǔ)：“小小砣,壓千斤”,打一生活中的測(cè)量工具，謎底是“桿秤”。教師接著展示生活中的桿秤，啟迪學(xué)生思考,體會(huì)物理源于生活。

播放視頻：非遺傳承人制作桿秤的工藝,視頻介紹了桿秤的結(jié)構(gòu)、用途、歷史和文化背景,秤還是公平公正的象征,是天地良心的標(biāo)尺。通過(guò)視頻和解說(shuō)讓學(xué)生明白桿秤承載著中華民族的千年歷史和璀璨文化,從而讓學(xué)生經(jīng)受“家國(guó)情懷”“人文素養(yǎng)”的熏陶。

2.2 背景知識(shí)

情境創(chuàng)設(shè)：用桿秤稱(chēng)量一個(gè)蘋(píng)果的質(zhì)量。

知識(shí)喚醒：展示稱(chēng)量過(guò)程，利用現(xiàn)象與問(wèn)題喚醒學(xué)生的知識(shí)記憶。

知識(shí)要點(diǎn)：對(duì)桿秤進(jìn)行受力分析，杠桿再認(rèn)識(shí)，杠桿五要素，杠桿平衡條件。

2.3 項(xiàng)目實(shí)施

2.3.1 確定制作材料

問(wèn)題1：秤桿如何選擇?

學(xué)生提出用木棒來(lái)做秤桿,其造型可滿足精美的要求,卻因不便于打磨而被其他同學(xué)否定。也有學(xué)生提出用較細(xì)的不銹鋼條做秤桿,可以稱(chēng)量質(zhì)量更大的物體,又因鋼條容易變形、不便于標(biāo)注刻度而被否定。經(jīng)過(guò)討論，他們認(rèn)為用竹筷或木筷做秤桿更方便。

問(wèn)題2：秤砣如何選擇?

學(xué)生建議選用較大的螺絲、螺帽、橡皮、鐵鎖等,從實(shí)用性、美觀性的角度考慮,最終確定用螺帽或鐵鎖做秤砣。

2.3.2 提紐和秤盤(pán)位置的確定

討論交流：學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行交流討論，認(rèn)為提紐和秤盤(pán)確定的基本原則是美觀、操作方便，便于刻度標(biāo)注和量程的選擇。

方案確定：把秤盤(pán)固定在距離筷子較粗的一端1 cm的位置,而提紐固定在距離筷子較粗的一端2 cm的位置。

2.3.3 確定刻度線

問(wèn)題1：如何確定零刻度線(定盤(pán)星)的位置?

學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)很快確定了方案,手提提紐,調(diào)節(jié)秤砣的位置,使筷子水平平衡,懸掛秤砣的細(xì)線所在位置便是桿秤的零刻度線,即定盤(pán)星的位置。

問(wèn)題2：如何標(biāo)注30 g刻度線的位置?

交流討論：標(biāo)注刻度的原理是杠桿平衡條件，確定給桿秤標(biāo)注刻度的方法。

方案確定：在秤盤(pán)里放入30 g的砝碼,手提提紐,調(diào)節(jié)秤砣的位置,使筷子水平平衡,這時(shí)懸掛秤砣的細(xì)線所在位置便是30 g刻度線。同學(xué)們按照同樣的方法分別標(biāo)出10 g、20 g、40 g等刻度線。

實(shí)踐操作：通過(guò)小組成員的共同努力,一把把桿秤陸續(xù)制作完成。同學(xué)們紛紛利用自制的桿秤稱(chēng)量身邊的一些小物品的質(zhì)量，成功的喜悅之情油然而生。

問(wèn)題討論：在稱(chēng)量過(guò)程中，同學(xué)發(fā)現(xiàn)自制桿秤存在不足：分度值太大,導(dǎo)致測(cè)量值不夠精確。

解決方案：各小組又開(kāi)始積極討論,尋求解決問(wèn)題的辦法。在此過(guò)程中,教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生觀察自制桿秤已經(jīng)標(biāo)出的刻度線的間距,他們驚奇地發(fā)現(xiàn)每?jī)蓚€(gè)刻度間的距離是相等的,即刻度是均勻的,于是提出改進(jìn)方案:只需把每個(gè)大刻度平均分成10個(gè)小刻度,分度值就由10 g減小到1 g,便能有效提高精確度。

問(wèn)題3：桿秤的刻度為什么是均勻的?

理論分析：在作圖的基礎(chǔ)上利用杠桿平衡條件進(jìn)行分析(圖1、圖2)，O表示提紐所在位置(杠桿支點(diǎn)),A表示提紐左端部份秤桿的重心位置，B表示提紐右端部份秤桿的重心位置，C表示未稱(chēng)量物體時(shí)秤砣所在位置(桿秤的零刻度線),D表示稱(chēng)量物體時(shí)秤砣所在位置,E表示所稱(chēng)量物體對(duì)秤桿所施加拉力的作用點(diǎn)位置,ΔL表示稱(chēng)量時(shí)秤砣從零刻度線向右移動(dòng)的距離。

圖1

圖2

科學(xué)結(jié)論：通過(guò)理論分析，推導(dǎo)出秤砣從零刻度線向右移動(dòng)的距離與所稱(chēng)量物體的質(zhì)量成正比,進(jìn)而證明了桿秤的刻度是均勻的，還能進(jìn)一步推斷出秤桿自重和提紐的位置不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

問(wèn)題4：如何制作一把最大測(cè)量值更大的桿秤?

交流討論：從理論與實(shí)踐兩個(gè)方面進(jìn)行討論與交流，引導(dǎo)學(xué)生利用杠桿平衡條件，通過(guò)作圖進(jìn)行分析。

方案確定：減小提紐到秤盤(pán)間的距離,也可以增大秤砣的質(zhì)量,還可以選擇更長(zhǎng)的筷子做秤桿等等。

2.4 成果展示

如圖3所示,同學(xué)們?cè)诔晒故具^(guò)程中收獲滿滿,喜悅之情溢于言表。他們選擇了生活中常見(jiàn)的物品作為主要材料,融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí),在合作中制作出了精美的桿秤(圖4)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,卻更容易揭示出事物的本質(zhì),解決了杠桿平衡條件在生活中應(yīng)用的難題,效果良好。

圖3

圖4

3 總結(jié)反思，收獲感悟

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)不是灌輸式教學(xué)所能達(dá)成的,而是要突出學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)、知識(shí)建構(gòu)及知識(shí)運(yùn)用。[3]實(shí)踐證明,融STEAM教育理念于物理綜合實(shí)踐活動(dòng)之中，對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有積極的促進(jìn)作用,它能鼓勵(lì)學(xué)生從物理的視角觀察生活,利用多學(xué)科知識(shí)解決生活中遇到的問(wèn)題,以此服務(wù)于生產(chǎn)與生活,認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的互動(dòng)關(guān)系,逐漸形成探索自然的內(nèi)在動(dòng)力。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,在教學(xué)中融合STEAM教育理念，既有利于學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí),提高應(yīng)用能力，也有利于充分挖掘?qū)W生潛在的創(chuàng)造力，還有利于培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。與沉溺于題海戰(zhàn)術(shù)的教學(xué)相比,這更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),有助于進(jìn)一步提高學(xué)生開(kāi)展科學(xué)探究的積極性。