論通用技術融入物理課堂的意義

呂文安

摘要：通用技術與中學物理，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學生的邏輯思維、創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課程高度重視，這門學科的開展充分調動了學生對日常生活細節的關注和興趣，而生活中的物理也是無處不在。因此，如果能把通用技術有效融入物理課堂，就能更好地培養學生操作能力、創新能力。讓相關學科相互促進，最終提高學生學習效率和學業進步。

關鍵詞：通用技術;中學物理;有效融入;學業進步

1.1 農村中學物理教學現狀困境分析

中學物理課堂的常規教學，主要體現在教材的理論教學和實驗開展。而對于生源質量較低的農村學校，學校的教學環境和實驗設備相對落后，加上學生學習基礎薄弱，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，但實踐發現，部分學生對課本大綱的實驗興趣不高。筆者通過調查發現，他們對常規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，結果操作過程不流暢不順利，最后出現沮喪心理;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論，很難“制造”出屬于他們自己的實物產品，因此學習勁頭不高。

1.2 通用技術課堂特點和開展價值

通用技術學科的核心基于生活生產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，更好地培養創造意識、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定性和承受力？凳子的構造如何更讓人感覺舒服美觀？等等。通用技術的設計理念能夠充分調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課堂發現，在所有學科中，通用技術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，他們對通用技術的興趣甚于物理實驗課堂的原因：首先通用技術與生活生產密切相關，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，驅動他們要更好地對日常生活進行觀察研究。

1.3 通用技術融入物理課堂的意義

中學物理與通用技術有很多相似之處，都是理論與實踐結合很強的學科。教師通過指導學生進行通用技術設計和制作，能夠培養學生的創造性思維，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 通用技術如何融入物理課堂

關于如何把通用技術有效融入物理課堂，提升物理教學質量，筆者通過理論和實踐探究，總結了以下三點：

第一步、科學設計符合物理教學大綱的通用技術課程教學內容，引導學生嘗試從物理原理上去發現問題、分析問題和解決問題這三方面來開展“通用技術”課程教學。例如，通用技術課堂要求制作“小型電風扇”，引導學生思考風扇轉動的物理原理是什么？風扇葉轉動不流暢的原因？如果減少轉軸摩擦力？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，風扇葉上各點的轉動規律，轉動快慢與周期、頻率、線速度、角速度等關系，等等。

第三步、結合現代多媒體技術，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”理念，實現“通用技術”知識和物理知識的有機結合。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，從根本上提高了物理學習水平。

2.通用技術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于通用技術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，在一次通用技術課堂中，筆者以“結構與穩定”為主題，從通用設計的一般過程出發，即發現和明確問題，制定設計方案，模型制造，優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？如何讓作品結構穩定不易坍塌？如何控制制作成本？等等。學生們的熱情被充分激發起來，這時候，筆者嘗試從物理學受力的角度出發，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定？現代商用小型無人機為什么是四翼而不是三翼？從維持飛行穩定和控制制作成本、難度方面，如何權衡利弊綜合考慮？雖然學生回答的結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，只要求學生從結構的穩定性出發進行制作。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”。

在通用技術作品總結交流課上，筆者請以上兩名學生談談自己的制作感受。“斜拉索大橋”制作者是一名男生，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構來穩定橋面，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，她認為穩定的房屋，需要有“三角形”結構。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、善于觀察的重要性，激發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，維持穩定。在過去的高一年級物理教學中，學生在受力分析環節后就開始出現兩極分化，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，同學們發現，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，要結合建造成本和安全等現實問題去綜合考慮。

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，出發點不錯，問題在于受力分析的第一步沒有弄清楚，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，在下一個環節，錯誤率明顯降低。課后筆者了解發現，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節，在同學們逐漸掌握這一“敲門磚”本領后，筆者加深力學分析難度。在一次物理習題課堂上，筆者設計了一道關于通用作品的物理習題，結合某女生的“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，屋頂的角度是越小越好呢？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論。筆者提問了“小木屋”作者來回答此問題，她結合牛頓第二定律、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。

她的結算結果是45度，過程正確。該女生的物理基礎一般，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果。但她的最大感受是，原來物理原理能夠與生活生產如此完美結合，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制作中，引導學生發現其中的物理原理，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。學生的興趣激發起來，成為他們的內在驅動力，從被動學習到主動探究，成功培養了自身細心觀察生活的能力。

在現代多媒體、人工智能技術進入課堂教學大背景中，如果我們能夠把多學科更好地聯系起來，把學科與生活聯系起來，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和科學知識培養的新型課堂模式理應值得嘗試。

參考文獻：

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