研究性學(xué)習(xí)與學(xué)科教學(xué)整合的一次嘗試
——“簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺的制作”研究性學(xué)習(xí)案例

項(xiàng)其杰

(江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué) 江蘇 蘇州 215411)

游標(biāo)卡尺的使用與讀數(shù)一直都是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在歷屆高考中經(jīng)常出現(xiàn)，但學(xué)生的得分率卻不甚理想.究其原因，一方面在于很多學(xué)生只是死記各種分度游標(biāo)卡尺的精確度和讀數(shù)公式，對(duì)測(cè)微原理的理解不夠深刻；另一方面，由于客觀條件的限制，很多學(xué)生只是在新授課時(shí)才有機(jī)會(huì)真正接觸到游標(biāo)卡尺(而且中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室里通常只有20分度的)，后期雖也可能會(huì)在習(xí)題中遇到，但由于沒有實(shí)際使用的機(jī)會(huì)，缺乏必要的體驗(yàn)，其效果往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期.

針對(duì)這一現(xiàn)狀，在實(shí)際教學(xué)過程中，筆者試著將這一重難點(diǎn)知識(shí)與學(xué)校的研究性學(xué)習(xí)課程結(jié)合起來，將它變成一個(gè)小的研究課題，給學(xué)生提供更充分的研究時(shí)間和空間，讓他們有機(jī)會(huì)獲得更豐富的體驗(yàn)，學(xué)生的認(rèn)識(shí)得到了深化，取得了較好的教學(xué)效果.

下面，以“簡(jiǎn)易游標(biāo)卡尺的制作”研究性學(xué)習(xí)課題其中一節(jié)研究課為例，重點(diǎn)呈現(xiàn)幾個(gè)研究片斷，與同行們分享.

1 展示小組毛坯作品 在交流評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)問題

在本節(jié)之前一節(jié)課的研究中，學(xué)生已經(jīng)初步了解了10分度游標(biāo)卡尺的測(cè)微原理，并開始以研究性學(xué)習(xí)小組為單位，著手制作一把簡(jiǎn)易的、精確度為0.1 mm的游標(biāo)卡尺.本節(jié)課上，筆者首先選擇了3個(gè)不同小組的成員代表來展示他們的毛坯作品(分別如圖1，圖2，圖3所示)，重點(diǎn)是介紹制作過程及測(cè)微原理.

圖1 按照1∶1制作的游標(biāo)卡尺

圖2 按照1∶10制作的游標(biāo)卡尺

圖3 按照1∶30制作的游標(biāo)卡尺

在隨后的交流評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了如下問題.

學(xué)生甲：圖1中對(duì)應(yīng)的小組成員是按照1∶1的比例進(jìn)行制作的，對(duì)于測(cè)微原理的描述很清楚，但游標(biāo)尺上每小格長(zhǎng)度0.9 mm，他們無法用普通的刻度尺將該長(zhǎng)度準(zhǔn)確畫出，再加上他們所使用的水筆線條較粗，在畫線時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差.

學(xué)生乙：圖2和圖3中對(duì)應(yīng)的小組成員在制作游標(biāo)卡尺時(shí)應(yīng)該是考慮到了圖1中0.9 mm這一長(zhǎng)度無法用普通刻度尺準(zhǔn)確畫出這個(gè)問題，他們分別按照1∶10和1∶30的比例進(jìn)行了放大，這樣一來所畫刻度雖然相對(duì)準(zhǔn)確，但是由于進(jìn)行了放大，當(dāng)游標(biāo)尺上第1根刻度線與上面某條刻度線對(duì)齊時(shí)，實(shí)際對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度已然不是0.1 mm，而是1 mm和3 mm，這就意味著這兩把尺的精確度也相應(yīng)放大了10倍和30倍，此時(shí)還比不上普通刻度尺的測(cè)量精度呢，因此，這兩把尺不具備實(shí)用價(jià)值，無法進(jìn)行實(shí)際測(cè)量.

2 提出初步解決方案 在二次制作中加以驗(yàn)證

在學(xué)生進(jìn)行了充分的交流評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，教師適時(shí)拋出問題進(jìn)行小組討論：看來，如果要做出一把能夠?qū)嶋H使用(即比例為1∶1)的游標(biāo)卡尺，我們需要重點(diǎn)解決的問題就是如何比較準(zhǔn)確地畫好游標(biāo)尺的刻度線，你們能想出哪些解決方案呢？

小組討論熱烈地進(jìn)行，教師參與各小組的討論，適當(dāng)給予指導(dǎo).

學(xué)生丙：我覺得關(guān)鍵在于如何把游標(biāo)尺上9 mm的總長(zhǎng)度均分成10份.

學(xué)生?。鹤詈糜勉U筆畫，因?yàn)殂U筆頭可以盡量削得尖一些.

學(xué)生戊：我覺得可以用電腦畫，利用電腦上面的“均分行”功能，只要把10行的總長(zhǎng)度設(shè)置成9 mm，這樣打印出來就能保證游標(biāo)尺上每小格長(zhǎng)度都是0.9 mm了.(全班同學(xué)禁不住開始熱烈的鼓掌)

學(xué)生己：用電腦畫線時(shí)要注意盡量把線條的“磅值”選得小一點(diǎn)，這其實(shí)就跟剛才有同學(xué)提到的鉛筆頭要盡量削得尖一些的道理一樣.(又是一陣熱烈的鼓掌)

如圖4所示，是通過電腦上“均分行”功能制作后打印出來的游標(biāo)尺，上面放了一把刻度尺以進(jìn)行比較，刻度完全符合預(yù)期，打印出來的游標(biāo)尺只要加以裁剪，就可供多個(gè)學(xué)習(xí)小組使用.主尺也用同樣的方法打印了多條供學(xué)生使用，圖5所示為教師正在對(duì)學(xué)生的二次制作過程進(jìn)行指導(dǎo).

圖4 通過電腦上“均分行”功能制作后打印出的游標(biāo)尺

圖5 教師正在對(duì)學(xué)生的二次制作過程進(jìn)行指導(dǎo)

3 展示二次制作作品 在交流分享中不斷完善

如圖6所示，為某小組的二次作品展示，因測(cè)微原理已不必再重復(fù)，該小組代表更側(cè)重于介紹制作時(shí)的注意點(diǎn)：(1)主尺上刻度線最好像平時(shí)使用的刻度尺那樣每到5 mm處線條畫得稍長(zhǎng)一些，每到整厘米處更長(zhǎng)一些，這樣便于確認(rèn)讀數(shù)；(2)游標(biāo)尺的總長(zhǎng)度較小，游標(biāo)尺上刻度若從0到10依次標(biāo)注的話，根本標(biāo)不下，而且看起來不夠清楚，只需標(biāo)出0,5,10這3個(gè)刻度即可.

圖6 某小組的二次作品展示

其他小組及時(shí)進(jìn)行了補(bǔ)充，積極與大家分享各自小組的制作體會(huì).

學(xué)生庚：主尺和游標(biāo)尺的兩張紙帶太軟，可以將其粘貼到硬一點(diǎn)的紙板上.

學(xué)生辛：粘貼的時(shí)候要注意使主尺和游標(biāo)尺的邊界線最終能緊靠到一起，這樣更有助于確認(rèn)游標(biāo)尺上第幾根刻度線與主尺上的某個(gè)刻度線的重合情況.

學(xué)生壬：我是看過教材后受到一些啟發(fā)，我們可以在游標(biāo)尺的背面加個(gè)細(xì)長(zhǎng)的硬紙條，這樣就可以用來測(cè)量深度；如果加上相應(yīng)的測(cè)量爪，還可以測(cè)量?jī)?nèi)徑和外徑.

……

4 引發(fā)更深層次思考 在思維碰撞中深化認(rèn)識(shí)

對(duì)于圖6所示的游標(biāo)卡尺，經(jīng)完善后可以用來進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，從而進(jìn)一步幫助學(xué)生鞏固讀數(shù)的方法及注意點(diǎn)，學(xué)生也從中獲得了充分的體驗(yàn)和巨大的成就感.不過，由于該尺游標(biāo)尺上的刻度線比較密集，學(xué)生在實(shí)際使用過程中不時(shí)會(huì)出現(xiàn)不易看出到底是游標(biāo)尺上第幾根刻度線與主尺上的某根刻度線對(duì)齊的情況，由此可以引發(fā)學(xué)生更深層次的思考：能否讓游標(biāo)尺的總長(zhǎng)更大一些，而又不改變整把尺的測(cè)量精度呢？

經(jīng)過小組討論、教材研究、資料查閱等一系列活動(dòng)，在后續(xù)的研究性學(xué)習(xí)課上，學(xué)生提出了可將游標(biāo)尺上10小格的總長(zhǎng)度制作成19 mm或者29 mm等方案，并在課堂上進(jìn)行了第三次制作以及作品的展示交流.同時(shí)，對(duì)于如何進(jìn)一步提高游標(biāo)卡尺的精確度這個(gè)問題也進(jìn)行了探討，在不斷的思維碰撞中深化了對(duì)游標(biāo)卡尺的認(rèn)識(shí).

5 結(jié)束語(yǔ)

研究性學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)尊重學(xué)生的自主性，珍視學(xué)生的感受、體驗(yàn)和理解，鼓勵(lì)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、探究解決問題的方法.將研究性學(xué)習(xí)和學(xué)科教學(xué)進(jìn)行整合，其實(shí)就是一個(gè)以研究性學(xué)習(xí)方式為核心，以課堂教學(xué)為載體，重新構(gòu)建常規(guī)學(xué)科教學(xué)的過程.它深刻地反映了當(dāng)前課程改革的特點(diǎn)，必將有力地促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的提高.