初一物理活動(dòng)課的探討
——以“欹器的秘密”教學(xué)設(shè)計(jì)為例

康 靜

(北京市東直門中學(xué) 北京 100007)

張盛博

(首都師范大學(xué) 北京 100048)

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初一物理活動(dòng)課的探討
——以“欹器的秘密”教學(xué)設(shè)計(jì)為例

康 靜

(北京市東直門中學(xué) 北京 100007)

張盛博

(首都師范大學(xué) 北京 100048)

本文以“高空獨(dú)輪車表演”的演示實(shí)驗(yàn)為引入，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物體重心的位置會(huì)影響物體的穩(wěn)定性．中國(guó)古人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律并利用這項(xiàng)規(guī)律制作出計(jì)量的器具——欹器．接下來(lái)在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生逐步了解欹器的工作原理．實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)失敗、尋找原因、再次實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)成功等完整的物理探究過(guò)程，這種教學(xué)方式有效地培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．在本課的教學(xué)中，學(xué)生不僅能了解中國(guó)古人的智慧，同時(shí)還能讓學(xué)生體會(huì)到滿則覆、謙受益的人生啟示．

物理活動(dòng)課 欹器 重心

2015年9月，北京市所有的新初一學(xué)生都會(huì)增加物理活動(dòng)課，每周一節(jié)，以小制作、科學(xué)演示的方式增加學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，為初二物理課程的學(xué)習(xí)做好興趣和知識(shí)上的鋪墊．由于初一物理活動(dòng)課是一門新型的課程，對(duì)于如何講解相關(guān)的物理知識(shí)、講解到何種程度還是有待探討的問(wèn)題．

本文以“欹器的秘密”為例，希望能夠?qū)ξ锢斫處熡兴鶈l(fā)．

1 創(chuàng)設(shè)情境 引入新課

師：APEC假期中，老師看了一場(chǎng)非常精彩的高空獨(dú)輪車表演，這場(chǎng)表演不僅精彩，而且十分驚險(xiǎn)．有沒(méi)有同學(xué)看過(guò)獨(dú)輪車表演？沒(méi)看過(guò)的也無(wú)所謂，老師給大家準(zhǔn)備了這樣一個(gè)獨(dú)輪車，讓你們一飽眼福．只不過(guò)今天表演的不是人，而是這個(gè)小玩偶．(如圖1)實(shí)驗(yàn)裝置：直徑為30 cm的輪子，下墜質(zhì)量為2 kg的重物．

圖1 獨(dú)輪車

師：獨(dú)輪車演員在高空表演已經(jīng)很危險(xiǎn)了，下面還掛一個(gè)花籃，我們把這個(gè)花籃取下來(lái)，幫他減輕點(diǎn)負(fù)擔(dān)吧．

當(dāng)把花籃摘下時(shí)，車子立刻翻倒，十分震撼．

設(shè)問(wèn)：為什么獨(dú)輪車下面墜重物穩(wěn)定，想給它減輕點(diǎn)負(fù)擔(dān)反倒不穩(wěn)定了?

師：這個(gè)現(xiàn)象現(xiàn)在看來(lái)都很有趣，其實(shí)在中國(guó)古代人們已經(jīng)見(jiàn)過(guò)類似的現(xiàn)象，并且利用其中的道理制作了一件非常神奇的器具，它就是本節(jié)課我們要學(xué)習(xí)的——欹器．

變化需從內(nèi)因和外因兩個(gè)方面入手，綜合剛才的分析，內(nèi)因只有質(zhì)量、而外因只有力，所以物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變只與力、質(zhì)量這兩個(gè)因素有關(guān)，即加速度只與力和質(zhì)量有關(guān)．

1 中國(guó)社會(huì)科學(xué)院語(yǔ)言研究所詞典編輯室編．現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典(第5版)．北京：商務(wù)印書(shū)館，2005．122

2 張憲魁．李曉林．陰瑞華主編．物理學(xué)方法論．杭州：浙江教育出版社，2007．179

3 閻金鐸．田世昆主編．中學(xué)物理教學(xué)概論(第2版)．北京：高等教育出版社，2003．5

2 觀察實(shí)驗(yàn) 收獲新知

師：欹，顧名思義是傾斜之意，欹器指的就是自由放置時(shí)處于傾斜狀態(tài)的器具．

設(shè)問(wèn)：同學(xué)們，你們知道它是做什么用的嗎？

(讓學(xué)生大膽猜測(cè))

師：欹器是中國(guó)古代的一種計(jì)量器皿，早在春秋戰(zhàn)國(guó)之前就已經(jīng)開(kāi)始使用．那么它又是如何計(jì)量的呢？老師制作了一個(gè)欹器的模型，請(qǐng)觀察下面的實(shí)驗(yàn)．

這是一個(gè)可以繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的盛水杯，當(dāng)通電以后，水泵將水源源不斷地注入盛水杯內(nèi)，觀察它的變化．

提問(wèn)：你們看到了什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

學(xué)生：水多到一定程度就翻倒了．

追問(wèn)：是不是水足夠多盛水杯就會(huì)翻倒呢？下面我們就來(lái)動(dòng)手制作這樣一個(gè)盛水杯，嘗試讓它翻倒．

圖2 盛水杯

2.1 實(shí)驗(yàn)制作欹器

實(shí)驗(yàn)器材：礦泉水瓶、吸管、螺絲、盛水杯支架.

制作方法：利用小螺絲打孔，大螺絲擴(kuò)孔；在此孔對(duì)稱的另一個(gè)位置利用同樣方法打孔，將吸管穿過(guò)；將制作完成的盛水杯放在支撐架上，倒水觀察能夠翻倒．

實(shí)踐一：制作一個(gè)盛水杯，放在架子上，試試能否翻倒？

學(xué)生制作完畢，將他們的作品進(jìn)行展示．大部分學(xué)生都能觀察到由于孔打得過(guò)高，盛水杯不能翻倒．

設(shè)問(wèn)：如何能讓盛水杯翻倒呢？

學(xué)生意識(shí)到，應(yīng)該將孔打得低一些．

實(shí)踐二：根據(jù)實(shí)踐一總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，再制作一個(gè)盛水杯，觀察使盛水杯翻倒的水量．

實(shí)驗(yàn)完畢．大部分學(xué)生的盛水杯都能翻倒．但是有的同學(xué)的盛水杯盛一點(diǎn)水就翻倒，而有的同學(xué)的盛水杯能夠盛更多的水才翻倒．

提問(wèn)：兩種盛水杯，哪種更實(shí)用呢？

按照我們計(jì)量的目的，肯定是盛多點(diǎn)水再翻倒更好．

總結(jié)：通過(guò)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)了解到，孔應(yīng)該打低一些盛水杯才能翻倒．通過(guò)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)了解到，為了達(dá)到計(jì)量的目的，孔不能打得太低．由此我們發(fā)現(xiàn)，孔的位置決定了盛水杯是否能翻倒．以圖3為例.

圖3

以孔的位置為界限，將水分為上下兩部分．當(dāng)上面比下面輕時(shí)，盛水杯穩(wěn)定．當(dāng)盛水杯上面比下面重時(shí)，盛水杯不穩(wěn)定，翻倒了．

實(shí)踐三：總結(jié)實(shí)踐一和實(shí)踐二的經(jīng)驗(yàn)，你能制作出一個(gè)裝盡量多的水才翻倒的盛水杯嗎？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)．

總結(jié)：通過(guò)剛才3個(gè)實(shí)驗(yàn)，相信同學(xué)們能看到盛水杯的3個(gè)狀態(tài)．當(dāng)沒(méi)有盛水時(shí)，盛水杯傾斜．盛適量水時(shí)，盛水杯端正．當(dāng)盛有較多水，使上面的水比下面的水重時(shí)，盛水杯翻倒．后來(lái)，人們根據(jù)這3個(gè)狀態(tài)總結(jié)出“虛則欹，中則正，滿則覆”[1]．

設(shè)問(wèn)：你們從中得到哪些體會(huì)呢？

學(xué)生：做人要謙虛，不能驕傲自滿．

相信同學(xué)們已經(jīng)了解到其中蘊(yùn)含的“滿招損，謙受益”的人生哲理．

圖4

2.2 座右銘

古代帝王亦將欹器作為警戒之器置于座位的右側(cè)，時(shí)刻提醒自己要保持謙虛，切勿驕傲自滿．由于帝王的這種舉動(dòng)，欹器又稱為右坐之器，這正是“座右銘”一詞的由來(lái)．早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期人們就已經(jīng)使用欹器，欹器的制作工藝并不復(fù)雜，但是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)失傳．清光緒年間人們制作了一架銅質(zhì)鎏金的欹器，現(xiàn)存于故宮博物院，感興趣的同學(xué)不妨去參觀一下．

3 拓展提高

欹器的原理不僅在中國(guó)古代受到人們的重視，在現(xiàn)代的應(yīng)用也十分廣泛．

炎熱的夏天，同學(xué)們都喜歡去水上樂(lè)園游玩，你們見(jiàn)過(guò)這樣的大水桶(圖5)嗎？當(dāng)水桶內(nèi)水量足夠多時(shí)便會(huì)翻倒．這時(shí)在下面的人們就能體會(huì)到飛馳而下的水流給人們帶來(lái)的涼爽和刺激．

圖5 大水桶

除了生活中的應(yīng)用，利用達(dá)到固定量就翻倒的道理在生產(chǎn)上的應(yīng)用也是十分廣泛的，例如翻斗式雨量計(jì)量器和油井計(jì)量器等．(圖6和圖7)

圖6 翻斗式雨量計(jì)量器 圖7 油井計(jì)量器

4 課程回顧

師：通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們不僅認(rèn)識(shí)了欹器和欹器的原理，還了解到其中蘊(yùn)含的道理．最后，我們來(lái)回答課程最開(kāi)始的問(wèn)題．為什么獨(dú)輪車下面要墜一個(gè)花籃？

學(xué)生：讓下面比上面重，獨(dú)輪車在高空穩(wěn)定．

師：一個(gè)普通的花籃能達(dá)到讓獨(dú)輪車穩(wěn)定的效果嗎？咱們看看花籃中蘊(yùn)含的奧秘．原來(lái)花籃里面裝了一個(gè)大秤砣(圖8)．

圖8 秤砣

5 教學(xué)體會(huì)

順應(yīng)教育改革的大潮，初一年級(jí)增設(shè)了物理活動(dòng)課程，給初一的孩子們提供了一個(gè)良好的動(dòng)手、探究、帶著樂(lè)趣接觸科學(xué)知識(shí)的平臺(tái)．在此背景之下，北京市初一年級(jí)的物理活動(dòng)課開(kāi)展了起來(lái)．在活動(dòng)課上，孩子們了解了很多新奇的物理知識(shí)，活動(dòng)課的側(cè)重點(diǎn)在于動(dòng)手實(shí)踐，而不是理論學(xué)習(xí)，這無(wú)形中減少了學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，從興趣的角度調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在活動(dòng)過(guò)程中讓學(xué)生初步了解一些生活中普遍應(yīng)用的物理概念和知識(shí)．

“欹器”是一個(gè)歷史悠久、具有豐富教育價(jià)值的器皿．欹，原本是傾斜之意．欹器之名來(lái)源于該器皿自由放置時(shí)呈現(xiàn)傾斜狀態(tài)．隨著欹器內(nèi)部水量的增加，它又出現(xiàn)“中則正，滿則覆”的現(xiàn)象，這正是物理中重心的知識(shí)．當(dāng)欹器作為人們借以遵循的一種道德規(guī)范或行為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，人們又稱它為“宥坐之器”，或“右坐”器，或勸誡之器[2]．在現(xiàn)代，欹器滿則覆的原理應(yīng)用到生活的各個(gè)角落，從水上樂(lè)園的大水桶到雨量計(jì)量器，再到油井計(jì)量器等．

本節(jié)活動(dòng)課不僅使學(xué)生體驗(yàn)到物理知識(shí)的神奇，還能讓學(xué)生走進(jìn)博物館了解中國(guó)古代輝煌的科學(xué)技術(shù)成就．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，讓學(xué)生經(jīng)歷了完整的物理實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)的能力．

參 考 文 獻(xiàn)

1 劉樹(shù)勇，白欣，著.中國(guó)古代物理學(xué)史.北京：首都師范大學(xué)出版社，2011.34

2 郭書(shū)春，李家明，主編.中國(guó)科學(xué)技術(shù)史·辭典卷.北京：科學(xué)出版社，2011.423

2015-12-03)