論通用技術(shù)融入物理課堂的意義

呂文安

摘要：通用技術(shù)與中學物理，相似點非常多，都屬于自然科學范疇，都是實踐性很強的學科。兩學科都致力于培養(yǎng)學生的邏輯思維、創(chuàng)新思維以及細致的觀察能力。近年來，國家對中學開展通用技術(shù)課程高度重視，這門學科的開展充分調(diào)動了學生對日常生活細節(jié)的關(guān)注和興趣，而生活中的物理也是無處不在。因此，如果能把通用技術(shù)有效融入物理課堂，就能更好地培養(yǎng)學生操作能力、創(chuàng)新能力。讓相關(guān)學科相互促進，最終提高學生學習效率和學業(yè)進步。

關(guān)鍵詞：通用技術(shù);中學物理;有效融入;學業(yè)進步

1.1 農(nóng)村中學物理教學現(xiàn)狀困境分析

中學物理課堂的常規(guī)教學，主要體現(xiàn)在教材的理論教學和實驗開展。而對于生源質(zhì)量較低的農(nóng)村學校，學校的教學環(huán)境和實驗設備相對落后，加上學生學習基礎(chǔ)薄弱，對物理學科興趣不高，甚至有恐懼或厭惡心理。過去，筆者認為物理實驗課是提高學生興趣的重要手段，但實踐發(fā)現(xiàn)，部分學生對課本大綱的實驗興趣不高。筆者通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，他們對常規(guī)物理實驗興趣缺乏的原因有以下方面：其一是過于“急躁”，對實驗的原理還不熟悉就開始動手操作，結(jié)果操作過程不流暢不順利，最后出現(xiàn)沮喪心理;其二是認為這是對課本已有實驗的再驗證，只是對前人試驗的重復，感覺物理實驗只能得出課本結(jié)論，很難“制造”出屬于他們自己的實物產(chǎn)品，因此學習勁頭不高。

1.2 通用技術(shù)課堂特點和開展價值

通用技術(shù)學科的核心基于生活生產(chǎn)的實物模型設計和制作，具有很強的實踐性。學生通過觀察、分析、設計、制作、實驗等一系列實踐活動，更好地培養(yǎng)創(chuàng)造意識、觀察能力。例如制作一張凳子，如何選擇材料？如何制作增強凳子穩(wěn)定性和承受力？凳子的構(gòu)造如何更讓人感覺舒服美觀？等等。通用技術(shù)的設計理念能夠充分調(diào)動學生的思考積極性及動手實踐能力。筆者通過開展通用技術(shù)課堂發(fā)現(xiàn)，在所有學科中，通用技術(shù)課程學生參與活躍度達到了一個小高潮。筆者通過與部分學生的談話了解到，他們對通用技術(shù)的興趣甚于物理實驗課堂的原因：首先通用技術(shù)與生活生產(chǎn)密切相關(guān)，制作作品的要求難度不高，涉及面又非常廣泛，學生的想象力可以得到充分發(fā)揮;另外，完成了作品制作，每個學生都有自己的實物成果，成果成為增強自信的強心針，驅(qū)動他們要更好地對日常生活進行觀察研究。

1.3 通用技術(shù)融入物理課堂的意義

中學物理與通用技術(shù)有很多相似之處，都是理論與實踐結(jié)合很強的學科。教師通過指導學生進行通用技術(shù)設計和制作，能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維，增強學生的動手能力，并且從自己完成的作品中獲得成功感、自我肯定評價，增強自信心。同時，在作品完成后，教師可以引導學生分析其物理原理，提取作品中的物理模型，提高物理學習效率。

1.4 通用技術(shù)如何融入物理課堂

關(guān)于如何把通用技術(shù)有效融入物理課堂，提升物理教學質(zhì)量，筆者通過理論和實踐探究，總結(jié)了以下三點：

第一步、科學設計符合物理教學大綱的通用技術(shù)課程教學內(nèi)容，引導學生嘗試從物理原理上去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題這三方面來開展“通用技術(shù)”課程教學。例如，通用技術(shù)課堂要求制作“小型電風扇”，引導學生思考風扇轉(zhuǎn)動的物理原理是什么？風扇葉轉(zhuǎn)動不流暢的原因？如果減少轉(zhuǎn)軸摩擦力？等等。

第二步、指導學生在自身完成的通用作品上尋找、分析其中的物理知識和原理，讓物理課堂形象化具體化。通過自身作品，快速構(gòu)建物理模型。還是以“自制小風扇”為例。引導學生提出線速度、角速度、周期等基本概念，并讓學生討論，風扇葉上各點的轉(zhuǎn)動規(guī)律，轉(zhuǎn)動快慢與周期、頻率、線速度、角速度等關(guān)系，等等。

第三步、結(jié)合現(xiàn)代多媒體技術(shù)，嘗試把學生通用作品融入物理習題中，提高物理課堂興趣。教師在物理課堂教學中，不能純粹理論教學，要有意識地運用“通用技術(shù)”理念，實現(xiàn)“通用技術(shù)”知識和物理知識的有機結(jié)合。讓學生自己探究自身作品的物理原理，利用自己的作品去解決物理習題，學生的學習主動性和興趣就能被充分地激發(fā)，從根本上提高了物理學習水平。

2.通用技術(shù)融入物理課堂具體案例

下面是筆者和學生共同完成的一項關(guān)于通用技術(shù)有效融入物理物理課堂，進而提升物理學習效率的一個探究案例：

首先，參與探究的對象是高一學生。在第一學期，高一學生對高中生活充滿好奇和新鮮感，在一次通用技術(shù)課堂中，筆者以“結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定”為主題，從通用設計的一般過程出發(fā)，即發(fā)現(xiàn)和明確問題，制定設計方案，模型制造，優(yōu)化與改進等幾方面引導學生進行自己喜愛的生活事物的設計。如何讓作品模型美觀而實用？如何讓作品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易坍塌？如何控制制作成本？等等。學生們的熱情被充分激發(fā)起來，這時候，筆者嘗試從物理學受力的角度出發(fā)，提出一些具體問題讓學生討論思考，例如要完成一個小木凳制作，在不借用502膠水或釘子的基礎(chǔ)上，如何維持小木凳受力平衡？小木凳是用三個凳腳還是四個凳腳支撐更能維持穩(wěn)定？現(xiàn)代商用小型無人機為什么是四翼而不是三翼？從維持飛行穩(wěn)定和控制制作成本、難度方面，如何權(quán)衡利弊綜合考慮？雖然學生回答的結(jié)果不一定是最佳答案，但課堂熱烈討論、積極參與的氣氛充分被調(diào)動了起來。

在完成學生通用作品收集后，筆者給予逐一打分。第一次通用設計沒有特別的制作要求，只要求學生從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性出發(fā)進行制作。部分同學選擇制作“大橋”或“房屋”。以下是兩個學生設計制作“斜拉索大橋”和“小木屋”。

在通用技術(shù)作品總結(jié)交流課上，筆者請以上兩名學生談談自己的制作感受?！靶崩鞔髽颉敝谱髡呤且幻猩?，剛開始，該生本打算制作普通的橋梁，在平直路面的下面，加上三組“橋墩”，通過橋墩的承受力，讓橋面保持穩(wěn)定。后來他覺得既然制作的是大型橋梁，如果只是加上普通的橋墩，如果有強風巨浪等惡劣環(huán)境，加上重型車隊通過大橋，橋墩的承受力可能不夠維持橋面的穩(wěn)定，除了讓橋墩給予橋面向上的支持力，也可以考慮在橋面上方給予橋面拉力。于是在大橋中間兩側(cè)加上高塔，高塔附上若干根斜拉索。該生反映，他只是認為普通的橋墩不足以承受橋面重力，需要再考慮增加什么結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定橋面，最后想到了在大橋中間加上高塔和斜拉索，最終完成了生活中普遍存在的“斜拉索大橋”。這樣的制作雖然普通平凡，但該生認為，通過制作，促進自己以后要更細心去觀察生活，觀察生活的事物如何存在得更合理、更科學，更好地為百姓使用。另外，“小木屋”的作者是一名女生，她認為穩(wěn)定的房屋，需要有“三角形”結(jié)構(gòu)。因此她選擇制作“小木屋”。房屋由四根臺柱支撐，屋頂是一個三角形的構(gòu)造，房子不容易坍塌。另外，她也指出，三角形屋頂也相當于一個斜面，斜面有利于排水。本來這些“小木屋”是很常見的生活建筑。該女生也認為，自己的作品缺乏特色，過于平凡，不過，制作作品讓她獲得成功感和自信心。另外，也認為了解生活細節(jié)、善于觀察的重要性，激發(fā)了她對生活事物更大的好奇心。

高一第一學期，物理學開始詳細介紹受力分析，受力平衡等力學知識。在同學們完成受力分析，力的合成與分解后，筆者試圖讓學生對自己的作品從受力分析的角度觀察，分析如何讓自己的作品受力平衡，維持穩(wěn)定。在過去的高一年級物理教學中，學生在受力分析環(huán)節(jié)后就開始出現(xiàn)兩極分化，厭學畏難情緒開始增加。而今天，學生們對自己的通用技術(shù)作品進行力的分析，他們熱情高漲，雖然不一定能正確分析評價，但參與度和積極性是以往無法比擬的。

在一堂關(guān)于受力分析的物理課堂上，筆者還是以某男生的“斜拉索大橋”為例，讓同學們嘗試對該作品畫出受力分析圖。然后再評價，討論。以下是該橋斜拉索部分的受力分解圖：

通過對橋梁主塔的受力分析，同學們發(fā)現(xiàn)，越多的斜拉索，那么對橋面提供豎直向上拉力的分力就越多。正是因為這些分力，穩(wěn)定了橋面，減輕了橋面以下的橋墩的承受力，當然，斜拉索也不是越多越好，畢竟這樣對主橋墩的壓力也越大，要結(jié)合建造成本和安全等現(xiàn)實問題去綜合考慮。

另外，并不是所有學生都能對橋梁高塔正確受力分析，某同學的受力分析圖如下：

這個受力分析有沒有錯呢？該同學說，根據(jù)牛頓第三定律，斜拉索受到主塔的拉力，主塔對斜拉索也有反方向的拉力，作用力與反作用力等大反向，合力為零，因此橋梁和橋面保持穩(wěn)定！筆者聽了該同學的回答，有點驚訝，回過神來，也覺得這是情理之中，畢竟學生學習知識容易混淆概念。然后筆者跟同學們說，該同學能夠利用牛頓第三定律來分析，出發(fā)點不錯，問題在于受力分析的第一步?jīng)]有弄清楚，那就是首先要明確研究對象！本次受力分析的對象是主塔而不是斜拉索。然后同學們通過觀察自己的“橋梁”作品，原來是研究對象搞錯了，很快就能夠糾正過來，在下一個環(huán)節(jié)，錯誤率明顯降低。課后筆者了解發(fā)現(xiàn)，學生不再為了做題而做題，他們手里有著具體形象的物理實物模型，能夠通過觀察，快速明白自己受力分析存在的問題并予以糾正。

受力分析只是力學的入門環(huán)節(jié)，在同學們逐漸掌握這一“敲門磚”本領(lǐng)后，筆者加深力學分析難度。在一次物理習題課堂上，筆者設計了一道關(guān)于通用作品的物理習題，結(jié)合某女生的“小木屋”作品，讓同學們討論分析，習題如下：

一房屋的屋檐水平寬度為L，屋頂斜面為了盡快讓雨水通過，應該如何設計屋頂斜面的角度？（忽略斜面與雨水的摩擦阻力）

在讓同學們嘗試完成這道習題前，筆者拿起某同學的“小木屋”，并提問該作品作者：這個房屋的屋頂斜面與水平面之間的夾角多少度？你為什么要選擇這個角度？該作者——某女生回答：大概是30度到60度之間，具體她自己也不清楚。然后筆者再提問了其他同學，屋頂?shù)慕嵌仁窃叫≡胶媚?？還是越大越好？如何設計最合理——也就是說，如何能讓雨水最快的時間通過屋頂？同學們的表情充滿興奮和好奇，紛紛拿起筆來，一邊觀察，一邊小組討論。一段時間后，大家紛紛展示自己的研究成果：約10%的同學認為是30度，20%的同學認為是60度，50%的同學認為是45度，其余的同學沒有具體結(jié)論。筆者提問了“小木屋”作者來回答此問題，她結(jié)合牛頓第二定律、受力分析、幾何知識、勻變速公式以及三角函數(shù)等方法求解：當屋頂斜面與水平面夾角45度，雨水最快時間下落完畢。

她的結(jié)算結(jié)果是45度，過程正確。該女生的物理基礎(chǔ)一般，為什么能完成這個解答過程呢？筆者提問該女同學，她回應這是她們小組討論的結(jié)果。但她的最大感受是，原來物理原理能夠與生活生產(chǎn)如此完美結(jié)合，感覺到不可思議！為什么屋頂斜面一般都是45度？原來不只是美觀，而是為了讓雨水盡可能快速通過，減少雨水對房屋的壓力。通過一次簡單的通用技術(shù)制作，讓大大增強了物理學習興趣和自信心，今后會更認真更細心去探索生活中的物理。

3 結(jié)束語

實踐證明，興趣是最好的老師。過去的課堂教學，教師可能為了教學而教學，學生只是很被動地、機械地進行學習，因此學習效率很難從根本上得到提高。筆者嘗試在通用技術(shù)制作中，引導學生發(fā)現(xiàn)其中的物理原理，而在完成通用作品后，又讓學生試圖對作品進行物理學分析。學生的興趣激發(fā)起來，成為他們的內(nèi)在驅(qū)動力，從被動學習到主動探究，成功培養(yǎng)了自身細心觀察生活的能力。

在現(xiàn)代多媒體、人工智能技術(shù)進入課堂教學大背景中，如果我們能夠把多學科更好地聯(lián)系起來，把學科與生活聯(lián)系起來，讓學生在學習中獲得成功感和喜悅感，相信學生會更加愛上這樣的具有人文關(guān)懷而不缺科學探究的新課堂模式，一切有利于學生品德培養(yǎng)和科學知識培養(yǎng)的新型課堂模式理應值得嘗試。

參考文獻：

[1]謝仁華，李志方.“五步教學法”在新課程高中物理實驗教學中的嘗試[J].中國教育技術(shù)裝備，2009（23）：117-120.

[2]田軍霖.將通用技術(shù)與物理課堂教學融合的應用實例———“向心加速度”教學設計[J].中小學實驗與裝備，2016，26（1）：12-14.

[3]劉欣卓.“通用技術(shù)”理念在物理教學中的應用研究（哈爾濱師范大學，黑龍江哈爾濱150025） ? 2018.01總第482期自然科學

[4]劉麗波.高中物理教學與通用技術(shù)實踐融合的初步探討（江蘇省啟東中學）