技術(shù)與科學融合的物理教學設計與課堂實踐

肖云峰

[摘 ? 要]以初中物理托盤天平的教學為例，說明如何將技術(shù)與科學融合，結(jié)合課程特點與學生的具體情況，對教學內(nèi)容進行適當整合與加工，激活學生的主體意識，調(diào)動學生參與學習活動的主動性、積極性和創(chuàng)造性，讓學生感悟知識的發(fā)展過程，提高課堂教學效果。

[關(guān)鍵詞]物理;教學設計;技術(shù)與科學;物理學史

托盤天平是初中學生在物理學習中最早接觸的較復雜的測量儀器，是學生后續(xù)學習質(zhì)量及相關(guān)知識的基礎。如何讓學生掌握好這部分知識，歷來是初中物理教學的重點和難點。回顧現(xiàn)階段關(guān)于托盤天平的課堂教學設計，大部分教師要么通過展示天平實物或圖片來為學生講解天平的結(jié)構(gòu)和注意事項，要么讓學生閱讀課本，通過自學和小組合作互助的方式完成相關(guān)教學任務。但是，觀察學生的課堂反應和對學生課后反饋的抽檢發(fā)現(xiàn)，以上教學效果并不理想。

一、托盤天平的教學模式分析

以上兩種課堂教學分別代表了兩種典型的教學模式。第一種是傳統(tǒng)教學模式，教師以自我為中心，組織學生聽講，向?qū)W生灌輸知識，不僅低效，而且嚴重束縛了學生學習的主動性。第二種在形式上更偏向于現(xiàn)代教學模式，教師在課堂上也試圖以學生為主體，但對學生現(xiàn)有的認知水平和學習能力考慮不足，過分依賴學生自主學習，然而多數(shù)學生只能掌握教材中較淺顯的知識，不能領悟其深層內(nèi)涵。這兩種情況都違背了學生認知發(fā)展的規(guī)律，未能激活學生的主體意識，沒有較好地調(diào)動學生參與學習活動的主動性、積極性和創(chuàng)造性，沒有讓學生感悟知識的發(fā)展過程，最終還是會回到死記硬背的怪圈，很難達到預期效果。為此，筆者從調(diào)動學生學習積極性的角度，探索了結(jié)合技術(shù)與科學的教學設計。

二、結(jié)合技術(shù)與科學的教學設計思路

以初中物理“物質(zhì)的質(zhì)量”一課中托盤天平的新課教學設計為例。教師以準確稱量一個果凍的質(zhì)量為目標，對課堂設計進行了整合，從初步設計制作稱量器材開始，到稱量果凍過程方法的改進，再到準確稱量果凍的托盤天平的正確使用，讓學生參與了全部設計。

天平的設計過程包含了技術(shù)與科學在物理中的融合，如果學生能從使用者的角度去體驗天平的設計過程，必然會對天平有更深的認識。這堂課的設計始終堅持從學生出發(fā)，用任務驅(qū)動學生學習知識，主動思考，調(diào)動學生積極性，讓學生從聽課者變成參與者，不斷改進自己的實驗設計，教師則在必要時提供指導。

三、結(jié)合技術(shù)與科學的教學設計中的亮點

1.引入物理學史，激發(fā)學生興趣

利用圖片展示并介紹中國的“權(quán)（秤砣）衡（秤桿）”，讓學生了解中國是世界上使用天平砝碼最早的國家之一。春秋后期到戰(zhàn)國時期，楚國經(jīng)濟繁榮，王公貴族曾使用木衡、銅環(huán)權(quán)的雙盤天平稱量黃金貨幣。這使學生對人類歷史長河中的偉大發(fā)明產(chǎn)生了新奇感，迅速進入了新課學習。

2.設計制作簡易天平，激發(fā)學生探究動力

教師引導學生通過圖片觀察“權(quán)衡”，分析其結(jié)構(gòu)特點，并思考“衡”是用什么制作的，可以用什么來替換。學生可能回答是金屬制作或者用木棒制作的，教師要提前準備好金屬的衡和木質(zhì)的衡用于展示。

接著，請學生思考：古代使用權(quán)衡時，黃金放在哪里，權(quán)放在哪里？學生可能會說左右盤。教師再追問學生：我們自制的半成品權(quán)衡，物體要放在哪里？學生回答可以用一次性水杯替換。然后，教師引導學生在金屬衡或木質(zhì)衡的基礎上制作完成初步的天平模型（見圖1）。這樣，學生就很容易了解托盤天平結(jié)構(gòu)中橫梁和托盤的作用。學生在這一過程中參與并感悟人類的偉大發(fā)明，激發(fā)了主體意識，產(chǎn)生了探究的動力，收到了良好的教學效果。

3.經(jīng)歷科學探究過程，強化學生主體地位

教師設置的問題情景是如何利用自制簡易天平稱量果凍的質(zhì)量。這一任務激發(fā)了學生動腦思考如何使用天平，從而想到了“權(quán)”，也就是砝碼的用處。教師要求學生利用課堂上提供的工具和材料，如簡易天平、蓮子（約1g）和橡皮泥，嘗試稱量果凍的質(zhì)量。鼓勵學生在動手實驗時發(fā)現(xiàn)問題并想辦法解決，特別注意記錄測量前、測量中遇到的問題，并思考相應的解決方案。

在實驗操作反饋交流時，有的學生發(fā)現(xiàn)，簡易天平在稱量前就出現(xiàn)了兩端不平衡，如左高右低或左低右高。有的學生想到用一些橡皮泥粘在橫梁兩端或放在紙杯內(nèi)以調(diào)節(jié)平衡，教師肯定了把橡皮泥黏在橫梁兩端以調(diào)節(jié)平衡的方案，這樣既可以使天平平衡，又能避免放在紙杯內(nèi)影響稱量結(jié)果。這樣，學生就在親身體驗中理解了標準托盤天平上平衡螺母的作用及使用方法，消化了教學中的重點和難點。

學生稱量果凍的實驗結(jié)果會出現(xiàn)差異。同類果凍的質(zhì)量會相差半克甚至幾克。于是，教師提出問題：稱量時大家都利用了等效替換的原理，但是，為什么同樣規(guī)格的果凍質(zhì)量相差這么多呢？學生思考并討論后發(fā)現(xiàn)，稱重用的蓮子有大小之分，質(zhì)量自然也不同，應該把蓮子改進成統(tǒng)一質(zhì)量的事物。這樣就自然引出了標準質(zhì)量的砝碼。而當稱量過程中始終無法使天平達到平衡時，有的學生想到了用半顆蓮子甚至更小的橡皮泥來實現(xiàn)平衡。但是，怎么計量最后的結(jié)果呢？這使學生認識到，不是所有的物品都恰好是整數(shù)克的質(zhì)量，要通過設置更小的砝碼來進行更準確的稱量，從而明白了游碼的作用。這樣，通過用蓮子稱果凍的實驗，從改進精度的角度，引發(fā)了學生的思考和推理，使學生從本質(zhì)上理解了砝碼和游碼的作用及演變過程，掌握了天平的正確讀數(shù)方法，同時也強化了這一部分的重點知識。

4.理論結(jié)合實際，提高實驗操作能力

整個課堂設計有一條主線，即始終圍繞測量果凍質(zhì)量展開。先讓學生估測果凍質(zhì)量，根據(jù)古代權(quán)衡設計簡易天平并初步測量果凍質(zhì)量，最后通過對比托盤天平和自己設計的簡易天平，掌握托盤天平的結(jié)構(gòu)，通過教師講解、小組交流、同伴互助等多種方式，再次稱量果凍。這樣，學生在提高稱量精度的過程中掌握了規(guī)范使用托盤天平進行測量的正確方法，提高了實驗操作能力。

四、結(jié)合技術(shù)與科學的教學設計流程

1.初步感知物體的質(zhì)量

教師用幾張圖片展示了一些常見的食品標簽，其中都包括了質(zhì)量數(shù)據(jù)，使學生認識到各種物質(zhì)均有質(zhì)量。為了讓學生回憶以往學過的知識，再根據(jù)學生的回答判斷學生對質(zhì)量的估測能力，并強化學生對一些常見事物質(zhì)量的認識，教師提出了一系列問題。

（1）一個蜜瓜的質(zhì)量是多少？（約1kg）

（2）一顆蓮子的質(zhì)量是多少？（約1g）

（3）你自己的質(zhì)量是多少？

（4）這個果凍大概是多少克？（學生估測）

以上問題使學生迅速進入了課堂主題，并意識到身邊的事物都有質(zhì)量，也開始好奇教師提供的果凍的質(zhì)量是多少。

2.體驗天平的制作過程，初步稱量果凍質(zhì)量

教師要準備如圖1的簡易天平，設置一些有梯度的任務，引導學生通過實驗、思考、討論等方法完成任務，并從中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而理解天平的結(jié)構(gòu)及使用方法。教師用以下問題引導學生思考。

（1）古人如何利用權(quán)衡稱量物體質(zhì)量？

（2）簡易天平使用前不平衡，要怎么處理？

（3）使用簡易天平時，果凍放在哪里？蓮子（等同于權(quán)）放在哪里？

（4）簡易天平左右兩邊不能平衡，怎么辦？

（5）相同果凍稱出的質(zhì)量不同，造成誤差的原因是什么？

這個設計過程摒棄了原來“教師講，學生聽”的低效課堂模式，讓學生通過常見的非標準實驗材料，理解了標準托盤天平的稱重原理、結(jié)構(gòu)和各組成部分的作用。這樣，就使學生成為了知識的發(fā)現(xiàn)者，在探究中完成了主動學習。

3.熟練使用托盤天平，精確稱量果凍質(zhì)量

讓學生對比托盤天平與簡易權(quán)衡，找出兩者的相同和不同之處，同時學習托盤天平的正確使用方法。讓學生利用托盤天平準確稱量果凍的質(zhì)量，并思考如下問題，以進一步理解“質(zhì)量是物體的物理屬性”。

（1）把果凍捏變形后，質(zhì)量是否改變？

（2）把果凍泡在熱水中，取出后擦干，質(zhì)量是否改變？

（3）把果凍移動位置，質(zhì)量是否改變？

五、課后反思

本堂課的教學設計摒棄了傳統(tǒng)照本宣科的教法，根據(jù)學生好奇心和探索欲強的特點，站在學生的角度，以古時權(quán)衡為載體，以估測果凍質(zhì)量到初步稱量果凍質(zhì)量再到精確稱量果凍質(zhì)量的實驗任務，循序漸進地引導學生體驗天平的設計原理和使用方法，調(diào)動了學生的積極性，實現(xiàn)了“人人動手、人人動腦”，整個過程既突破了難點，又強化了重點，收到了良好的教學效果。

但本課仍有需要改進之處。由于課堂時間有限，天平的設計過程和使用方法還應有更多拓展。如教師可以鼓勵學生在課后通過小組合作制作一個天平，用來稱量身邊的物件，并開展評比，把課堂知識運用到綜合實踐中，真正體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向生活”的課程理念。

以上，只是以托盤天平的教學為例，討論了技術(shù)與科學融合的教學設計。初中物理涉及的測量工具還有刻度尺、測力計、溫度計等，人類在發(fā)明這些工具的過程中展現(xiàn)了非凡的聰明才智，教師可采取類似的做法，對教學內(nèi)容進行適度的整合與加工，精心設計教學步驟，依據(jù)課程標準、課程特點和學生的實際情況，打造更具吸引力的物理課堂。

（責任編輯 ? 郭向和）