跨學科探究項目式學習活動研究

蘇鳳 何曉云 伍妙冰

【摘要】探究項目式學習活動既要考慮課標的相關要求，又要考慮激發學生的發散性思維能力。因此，探究項目的選擇尤其重要。本次探究項目式學習活動以測量教學樓高度為例，初三學生利用數學、物理知識進行跨學科學習，使用適當的測量工具、自由落體運動規律，運用三角函數、三角形相似等知識求解教學樓高度。

【關鍵詞】初中;數學;物理;皮尺;自由落體;三角函數;三角形相似

一、活動確定

本探究項目式學習活動的確定充分考慮以下幾個因素：（1）知行合一，能用所學數理知識解決實際問題。選用適當的測量工具來完成教學樓高度的測量，能用所學的數理知識來解決生活中的實際問題，在實踐中完成知識的構建，積累數理活動經驗，提升知識的應用能力。（2）貼近生活，通過生活化的探究式項目，讓學生理解物理知識來源于生活并且可以服務社會，在實踐活動中培養學生的邏輯思維能力和創造力，讓學生在項目探究中獲得成就感，產生學習和研究的內在動機。（3）培養學生勤于實踐、勤于反思、敢于創新及團隊合作的精神。小組成員經歷制訂方案、實施測量、數據處理、分享與交流等過程，提升學生的科學探究能力，培養學科核心素養。因此，本次活動選取測量教學樓高度作為項目任務。

二、活動過程

（一）設計方案

小組討論：通過試驗估算教學樓高度的方法。

小組匯報：1.利用大氣壓強。2.自由落體運動。3.利用太陽光測人、教學樓影長和人高。4.測教學樓仰角，利用三角函數計算教學樓高。5.利用皮尺。

教師提問：哪些方法操作可行性比較低？為什么？

學生討論：利用大氣壓強方法不是很好。因為樓高約在25米左右，壓強差小。

（二）分組

分成4個小組采用不同方法進行實驗。

第一組：利用太陽光測人、教學樓影長和人高。

第二組：選用適當的測量工具直接測量。

第三組：利用自由落體運動的相關知識計算教學樓高度。

第四組：測教學樓仰角，利用三角函數計算教學樓高。

（三）測量過程

第一組：

1.在同一時間，在樓、雪糕筒和人的影子邊緣做上標記。

2.用刻度尺分別測出樓、雪糕筒和人到影子邊緣的長度。

教師提問：在測量過程中，花槽影響了兩點線段測量？怎樣減低誤差？

學生回答：首先測出草叢距離地面的高度;接著在人身上測出同樣高度;然后再次測量樓影子長度。

3.再用刻度尺分別測出雪糕筒和人的實際高度。

4.數據統計分析

利用雪糕筒、樓的數據算出樓高約為20.84米，利用人、樓的數據算出樓高約為19.79米。

第二組：

利用卷尺來測量五層教學樓的高度。選用量程為0-30m，分度值為1cm的皮尺作為測量工具。一位學生把刻度尺的0刻度津貼地面，另一位學生在教學樓樓頂盡量拉直皮尺，第三位學生進行讀數并進行記錄。為了減少測量誤差，A小組的學生決定采取多次測量求平均值的方法減少誤差。記錄如下：22.685m;22.630m;22.654m;22.618m。平均值為：m。

第三組：

初三學生經過查找資料后發現，可以利用自由落體運動的相關知識求解教學樓的高度。鐵塊從教學樓樓頂靜止下落可以抽象理解成物體做自由落體運動的模型。一位學生在教學樓的樓頂讓鐵塊靜止落下;另一位學生站在地面上看到鐵塊開始下落時計時，鐵塊落到地面后停止計時;第三位學生負責做好數據記錄。用同一鐵塊進行三次重復實驗，實驗數據記錄如下：1.91S，1.85S，2.06S。平均值為：S。

該小組的學生通過討論后，認為時間的測量存在較大的誤差，需要進行校正。學生們認為，小球在5樓樓頂釋放，而計時的同學是站在地面上計時的，往上看到小球下落后才開始計時，需要反應時間，測量的時間比小球實際下落時間要小。于是，他們設計了實驗方案來計算反應時間。實驗器材：直尺。實驗過程：一位學生豎直拿著直尺，直尺的0刻度剛好對準手的上方，靜止釋放，負責按表計時的學生用手去抓住直尺，此時手的上方對應的刻度為12.0cm，如圖所示。從而在教師的指導下計算反應時間，S。

修正后，小球的下落時間為：1.95S+0.16S=2.11S。樓的高度：m。

第四組：

（1）把一根細線固定在半圓形量角器的圓心處，細線的另一端系一個小重物，制成一個簡單的測角儀;

（2）在教學樓頂端前的平地上，選擇一點M，三個人站在點M處，分別將儀器用手托起，拿到眼前，使視線沿著儀器的直徑剛好到達教學樓的最高點;

（3）測出仰角∠BAC的度數m;

（4）再選擇一點N，重復步驟（2），測出仰角∠BAC的度數n;

（5）再選擇一點S，重復步驟（2），測出仰角∠BAC的度數s;

（6）分別測量得出：點M到教學樓底部的距離為10米，點N到教學樓底部的距離為20米，點S距離教學樓底部的距離為30米;

（7）分別測出三個人的高度（眼睛到地面的距離）;

（8）用三角函數正切來計算教學樓的高度。

（四）實驗計算得出的數據

（五）實驗小結

第一組學生在實驗中做得好的地方：馬上確定樓影子的位置，同一時間內立馬測量雪糕筒的高度，配合緊密，盡量減少太陽移動對于測量的影響。本小組在實驗中做得不足的地方：在測量教學樓影子長時有草叢阻礙，造成了兩點距離間有一個地面高度差，在測量時影響較大，給最后的計算結果帶來較大誤差。

第二組學生采用了直接用皮尺來測量教學樓的高度，實驗方法簡單直接，實驗過程也比較順利，但實驗方法還是可以進一步完善，如，從一樓到五樓的高度20多米，測量過程中皮尺不一定是豎直的。教師建議把所學物理知識綜合運用，可以在皮尺旁邊放一個鉛垂線，保證在測量過程中皮尺是保持豎直方向的。

第三組學生通過查找自由落體運動的相關資料來求解教學樓的高度，有超前學習的意識，這是值得鼓勵的。但如何進一步準確測量鐵塊的下落時間，還需學生進一步思考和完善。教師建議利用高速攝影技術對下落時間的測量進行優化。

第四組學生在這次實踐活動中，項目進行得較為順利，能認真完成每一個環節的內容，能很好地團結合作。但測量過程中也有一些地方值得反思，如，測地面水平距離時有些彎曲、每個人看樓房時的高度不同等因素帶來的誤差應該如何進一步改進。

三、活動評價

第一組學生能利用太陽光線是平行線，根據三角形相似知識，測量教學樓高度。在實驗過程中能進行反思，利用數理知識解決問題，減少誤差，勤于實踐、勤于反思、敢于創新。第二組學生在學習使用刻度尺后，可以選用合適的刻度尺來解決生活中的實際問題，體現了學生具備科學觀念的核心學科素養。第三組學生通過利用數字式秒表、直尺等工具，經歷實驗方案制訂、實驗測量、抽象模型、討論交流等過程，體現了科學觀念、科學思維、科學探究等核心學科素養的培養。第四組實驗目的明確，設計合理，在實驗中操作步驟和過程完整，學生能很好地將課堂上學習的知識靈活運用到實驗中，能理論聯系實際、用理論解決實際問題。

責任編輯? 楊? 杰