初中物理科學(xué)與技術(shù)融合式教學(xué)策略的探究

邵宏，江蘇省常州市新北區(qū)龍虎塘中學(xué)高級(jí)教師；常州市物理學(xué)科帶頭人，中學(xué)特級(jí)教師后備人才。先后獲得數(shù)十項(xiàng)省、市、區(qū)教育教學(xué)成果獎(jiǎng)，被評(píng)為市優(yōu)秀教育工作者、優(yōu)秀黨員、教育科研先進(jìn)個(gè)人。主持過十多項(xiàng)國家級(jí)、省級(jí)和市級(jí)重點(diǎn)以上課題，并多次獲得科研成果一、二、三等獎(jiǎng)。在省級(jí)以上刊物發(fā)表專業(yè)論文三十多篇，其中多篇在中文核心期刊發(fā)表。參與編寫書刊近二十冊，并有專著一本。

[摘 要]初中物理課程能同時(shí)解決簡單理論問題與實(shí)際問題的教學(xué)理念正在被廣泛關(guān)注。階段性教學(xué)規(guī)劃、課前作業(yè)、課堂教學(xué)及課后繼續(xù)研究等工作成為解決上述問題的最基本和有效的四策略。

[關(guān)鍵詞]初中；物理；科學(xué)技術(shù)；融合教育

初中物理課程要同時(shí)解決簡單理論問題（指科學(xué)）與實(shí)際問題（指技術(shù)）的教學(xué)理念正在被越來越多的教育工作者所關(guān)注。常州市新北區(qū)龍虎塘中學(xué)基于江蘇省“初中理科實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新”課程基地而進(jìn)行的“科學(xué)與技術(shù)融合式教學(xué)”策略的研究在三年前全面展開，還由此申報(bào)了江蘇省教育規(guī)劃重點(diǎn)資助課題并成功獲批，可見該研究的重要意義。在此，將以蘇科版初中物理的復(fù)習(xí)教學(xué)“自制液體密度秤”為例加以闡述。

一、期初落實(shí)“融合式”教學(xué)規(guī)劃

初中物理課程的許多課堂教學(xué)內(nèi)容均是基于本校課程基地建設(shè)方案進(jìn)行整體規(guī)劃切割而定的。例如“密度”的階段復(fù)習(xí)教學(xué)規(guī)劃了4節(jié)課：第1節(jié)是密度概念及解析（含質(zhì)量、體積、密度之間由公式進(jìn)行的直接推算及用問題中存在的等量關(guān)系進(jìn)行的列式解析，本課要求把天平、量筒等器材研制技術(shù)史融入課堂教學(xué)）；第2節(jié)是用天平、量筒測算密度（含兩類器材“單用”或“雙用”兩種方式，強(qiáng)調(diào)要對漂浮體、吸水體的體積測量進(jìn)行技術(shù)教學(xué)，關(guān)注如何本質(zhì)性減小誤差的技術(shù)問題）；第3課是用稱重（輕）法、自制密度計(jì)測算密度（強(qiáng)調(diào)要較好地解決“如何將定滑輪固定在大燒杯底部以改變力的方向”“如何確保自制密度計(jì)能直立在液體中”等技術(shù)問題）；第4節(jié)是用自制液體密度秤稱密度（強(qiáng)調(diào)在深刻理解測量原理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)制一款可直接稱液體密度的秤）。

初中物理的許多內(nèi)容都需要進(jìn)行科學(xué)與技術(shù)的融合式教學(xué)，只有這樣才能更全面且高質(zhì)量地達(dá)到國家課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如，“變阻器”的教學(xué)就有必要把從“鉛筆芯變阻器”到“教學(xué)用滑動(dòng)變阻器、電阻箱”到“實(shí)用電位器”的改制技術(shù)融入到“變阻器原理”的課堂教學(xué)中?！伴L度的測量”教學(xué)也需要把“刻度尺”制作技術(shù)的歷史演進(jìn)融入到“測量就是一種比較”的課堂教學(xué)中。物理課程涉及的許多測量工具、實(shí)驗(yàn)原理都離不開技術(shù)演變的教學(xué)，如果只關(guān)注知識(shí)教學(xué)，就很容易在人才培養(yǎng)方向上導(dǎo)致“高分低能”“眼高手低”。

每學(xué)期初，學(xué)校物理教研組都會(huì)利用集中研討的機(jī)會(huì)，把整個(gè)學(xué)期需要進(jìn)行融合教學(xué)的內(nèi)容形成架構(gòu)，并體現(xiàn)在學(xué)期教學(xué)計(jì)劃中，學(xué)校課程基地也會(huì)根據(jù)教學(xué)要求提前落實(shí)好相關(guān)器材、工具與材料的采購工作。

二、課前推行“操作型”家庭作業(yè)

用“自制液體密度秤”稱密度一課，既涉及彈簧測力計(jì)（或桿秤、天平）的示數(shù)與待測液體的密度間正比例、反比例關(guān)系的知識(shí)教學(xué)，也涉及如何確保制作的秤能便捷精確地測出液體密度的技術(shù)教學(xué)。

例如，在彈簧測力計(jì)下方靜掛一只塑料圓筒測出其重力G筒，將測力計(jì)的指針位置標(biāo)注為“0”，在圓筒中裝滿水，將測力計(jì)指針的新位置標(biāo)注為“1”，由于存在G水=ρ水V筒g和G液=ρ液V筒g等關(guān)系，故圓筒內(nèi)裝滿待測液體時(shí)，液體密度將與其重力成正比。因此，若根據(jù)測力計(jì)上“0”“1”兩個(gè)位置的間距，等距地標(biāo)出2、3等刻度，它們將對應(yīng)密度是水的2倍、3倍等的液體。當(dāng)然刻度之間也可等分。如此這般，學(xué)生才算是學(xué)會(huì)了如何將測力計(jì)改裝成液體密度秤的知識(shí)。如果確保測力計(jì)示數(shù)不變，不難發(fā)現(xiàn)圓筒內(nèi)液體的體積（可對應(yīng)到液體高度）將與液體的密度成反比，這樣學(xué)生甚至能明白如何改裝“雙量程”或“多量程”液體密度秤。

但是，上述教學(xué)只解決了科學(xué)知識(shí)方面的問題，更有挑戰(zhàn)也更能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲望、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的是技術(shù)問題的一并解決。在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的今天，這種不再唯分?jǐn)?shù)的教學(xué)越來越受到重視。例如，怎樣確保測力計(jì)下方的塑料圓筒在實(shí)驗(yàn)過程中始終處于水平狀態(tài)？筒裝液體時(shí)怎樣做到既快又準(zhǔn)還安全？事實(shí)上，用吸管配合燒杯在晃動(dòng)著的圓筒內(nèi)裝滿液體是一件很不容易的事情。不同液體的表面張力不同，測量時(shí)學(xué)生對“裝滿”標(biāo)準(zhǔn)的把控也很難做到先后一致。有些液體還可能有較強(qiáng)的腐蝕性。因此，怎樣避免“灑出”等失誤操作就變得十分重要。更何況，即使每次使用測力計(jì)時(shí)都認(rèn)真地進(jìn)行了調(diào)零，也難以保證測力計(jì)在每次操作過程中都能較好、較快地穩(wěn)定在豎直線上（螺旋彈簧長度與拉力正比變化的精度問題在初中階段通常無法細(xì)究）。

當(dāng)然，桿秤或者天平也可以改裝成密度秤，但同樣也會(huì)遇到類似上述的技術(shù)問題。由于桿秤本就被普遍使用，且比彈簧測力計(jì)精準(zhǔn)，因此如何確保這種密度秤在稱液體密度時(shí)保持水平便成為很有趣的技術(shù)問題。

在實(shí)際教學(xué)時(shí)，筆者先把尋找“安全圓筒”“確保桿秤水平平衡”兩個(gè)技術(shù)問題轉(zhuǎn)變?yōu)椤安僮餍汀奔彝プ鳂I(yè)并提前一周發(fā)布，然后再要求全班學(xué)生或以學(xué)伴為組或以家庭為單位尋找解決方案。

果然，用塑料注射筒代替塑料圓筒有更突出的優(yōu)勢，如便捷、安全、準(zhǔn)確、節(jié)約、不怕晃動(dòng)等。用“迷你水準(zhǔn)泡”水平儀更是巧妙地解決了秤桿的水平問題。多數(shù)學(xué)生知道選取細(xì)長的圓筒，有的給它加蓋，有的給它劃線。也有一些學(xué)生制作了“重垂線水平儀”（在量角器對稱軸與其上面所掛重垂線重合時(shí)，其底邊水平）、“連通器水平儀”（塑料軟管中裝水并靜止時(shí)，兩邊管口水面齊平）和“鐵架臺(tái)水平儀”（在鐵架臺(tái)豎直桿上預(yù)先確定秤桿水平時(shí)對應(yīng)的位置）。學(xué)生們不但在實(shí)踐中深刻領(lǐng)悟到重力方向、液體壓強(qiáng)及指針轉(zhuǎn)換放大作用等科學(xué)知識(shí)，還感悟到了學(xué)無止境、創(chuàng)意無限等意境。

為了幫助學(xué)生順利解決相關(guān)知識(shí)與技術(shù)問題，物理教師可建議學(xué)生先把問題細(xì)化、分類，然后開展小組合作學(xué)習(xí)活動(dòng)，每天把各自搜索下載的科學(xué)知識(shí)和瀏覽相關(guān)內(nèi)容產(chǎn)生的技術(shù)創(chuàng)新靈感進(jìn)行集中交流。教師也可先提供方向性的創(chuàng)新建議，引導(dǎo)學(xué)生利用課下開展類似“四方館”的專題研討活動(dòng)。

產(chǎn)生最佳方案后，教師引導(dǎo)學(xué)生用學(xué)校購買的桿秤制作材料、塑料注射筒、塑料帽、自擰螺母、強(qiáng)烈快干膠、蠟線等器材制作液體密度秤。教師和部分學(xué)生家長負(fù)責(zé)用手持式角磨機(jī)、電鉆及小鐵錘等工具制作桿秤提鈕、打磨秤砣、切去秤鉤尖頭，學(xué)生則以小組為單位負(fù)責(zé)在鉸鏈刀口、秤桿表面等處打磨及加注潤滑油，共同創(chuàng)制“多量程液體密度秤”（見圖1）。

三、課堂完成“實(shí)踐型”學(xué)習(xí)任務(wù)

上課分三個(gè)板塊。板塊一主要查找前兩節(jié)課密度測量方法的缺點(diǎn)：先用問題導(dǎo)課，讓學(xué)生明白生活很需要“易操作、較精準(zhǔn)”的液體密度秤；再把第2、3兩節(jié)課測量密度的方法制成簡圖，使全班學(xué)生都能認(rèn)識(shí)到這些密度測量方法實(shí)際上普遍存在“誤差大、操作比較麻煩”等缺陷。板塊二集中評(píng)析學(xué)生在課前作業(yè)中設(shè)計(jì)的兩款“液體密度秤”的測量原理：即“等體積液體的密度與其重力（或質(zhì)量）的稱量值成正比”和“等重力（或質(zhì)量）液體的密度與其體積成反比”（見圖2、圖3）。在板塊三，先組織各學(xué)習(xí)小組借助水完成液體密度秤0、1、2、3等刻度及其10等分刻度的標(biāo)注，接著比對各小組用自制密度秤測量教師統(tǒng)一提供的玉米胚芽油和醬油的密度，讓學(xué)生感知密度秤的便捷性和精確度，最終使學(xué)生對“為什么玉米油的密度比水小、醬油的密度比水大”等知識(shí)性問題形成生動(dòng)并深刻的理解。

上述三個(gè)教學(xué)板塊都是基于課堂知識(shí)學(xué)習(xí)和技術(shù)操作展開的，在層層遞進(jìn)并有趣的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，科學(xué)與技術(shù)相融合的課堂呈現(xiàn)出良好的教學(xué)效果。

四、課后展開“創(chuàng)新型”收錄工作

科學(xué)與技術(shù)融合式教學(xué)會(huì)伴生許多教具和學(xué)具，這些都將成為后續(xù)學(xué)習(xí)的寶貴資源。由于上課時(shí)間有限，本節(jié)課所制作的液體密度秤每次抽取液體的體積都控制在10ml，這樣可在秤桿上標(biāo)出0～3倍水密度的刻度。在稱量液體密度時(shí)，如果注射筒每次只抽5ml液體，則密度秤的量程就可增大到水密度的6倍，依次可推，此密度秤完全可以稱量出水銀的密度。

在各學(xué)習(xí)小組組長及相關(guān)物理教師共同評(píng)選的基礎(chǔ)上，師生總會(huì)遴選出1至2件優(yōu)秀作品，接著組織人員把作品的制作工藝和操作辦法用視頻方式錄制下來，這種資料非常有利于激發(fā)學(xué)生后續(xù)的創(chuàng)造力，也是學(xué)校物理課程建設(shè)的重要成果。教師還引導(dǎo)班級(jí)興趣小組把枯躁的考試中的問題轉(zhuǎn)變?yōu)榭蒲袉栴}，對作品的進(jìn)一步改進(jìn)乃至再創(chuàng)造大有裨益。例如，能不能創(chuàng)制一款可直接稱量固體密度的密度秤呢？這應(yīng)該是密度階段復(fù)習(xí)教學(xué)留下來的最有創(chuàng)意的問題了。

（責(zé)任編輯 郭向和）