初中物理科学与技术融合式教学策略的探究

邵宏，江苏省常州市新北区龙虎塘中学高级教师；常州市物理学科带头人，中学特级教师后备人才。先后获得数十项省、市、区教育教学成果奖，被评为市优秀教育工作者、优秀党员、教育科研先进个人。主持过十多项国家级、省级和市级重点以上课题，并多次获得科研成果一、二、三等奖。在省级以上刊物发表专业论文三十多篇，其中多篇在中文核心期刊发表。参与编写书刊近二十册，并有专著一本。

[摘 要]初中物理课程能同时解决简单理论问题与实际问题的教学理念正在被广泛关注。阶段性教学规划、课前作业、课堂教学及课后继续研究等工作成为解决上述问题的最基本和有效的四策略。

[关键词]初中；物理；科学技术；融合教育

初中物理课程要同时解决简单理论问题（指科学）与实际问题（指技术）的教学理念正在被越来越多的教育工作者所关注。常州市新北区龙虎塘中学基于江苏省“初中理科实验探究与创新”课程基地而进行的“科学与技术融合式教学”策略的研究在三年前全面展开，还由此申报了江苏省教育规划重点资助课题并成功获批，可见该研究的重要意义。在此，将以苏科版初中物理的复习教学“自制液体密度秤”为例加以阐述。

一、期初落实“融合式”教学规划

初中物理课程的许多课堂教学内容均是基于本校课程基地建设方案进行整体规划切割而定的。例如“密度”的阶段复习教学规划了4节课：第1节是密度概念及解析（含质量、体积、密度之间由公式进行的直接推算及用问题中存在的等量关系进行的列式解析，本课要求把天平、量筒等器材研制技术史融入课堂教学）；第2节是用天平、量筒测算密度（含两类器材“单用”或“双用”两种方式，强调要对漂浮体、吸水体的体积测量进行技术教学，关注如何本质性减小误差的技术问题）；第3课是用称重（轻）法、自制密度计测算密度（强调要较好地解决“如何将定滑轮固定在大烧杯底部以改变力的方向”“如何确保自制密度计能直立在液体中”等技术问题）；第4节是用自制液体密度秤称密度（强调在深刻理解测量原理的基础上，创制一款可直接称液体密度的秤）。

初中物理的许多内容都需要进行科学与技术的融合式教学，只有这样才能更全面且高质量地达到国家课程标准的要求。例如，“变阻器”的教学就有必要把从“铅笔芯变阻器”到“教学用滑动变阻器、电阻箱”到“实用电位器”的改制技术融入到“变阻器原理”的课堂教学中。“长度的测量”教学也需要把“刻度尺”制作技术的历史演进融入到“测量就是一种比较”的课堂教学中。物理课程涉及的许多测量工具、实验原理都离不开技术演变的教学，如果只关注知识教学，就很容易在人才培养方向上导致“高分低能”“眼高手低”。

每学期初，学校物理教研组都会利用集中研讨的机会，把整个学期需要进行融合教学的内容形成架构，并体现在学期教学计划中，学校课程基地也会根据教学要求提前落实好相关器材、工具与材料的采购工作。

二、课前推行“操作型”家庭作业

用“自制液体密度秤”称密度一课，既涉及弹簧测力计（或杆秤、天平）的示数与待测液体的密度间正比例、反比例关系的知识教学，也涉及如何确保制作的秤能便捷精确地测出液体密度的技術教学。

例如，在弹簧测力计下方静挂一只塑料圆筒测出其重力G筒，将测力计的指针位置标注为“0”，在圆筒中装满水，将测力计指针的新位置标注为“1”，由于存在G水=ρ水V筒g和G液=ρ液V筒g等关系，故圆筒内装满待测液体时，液体密度将与其重力成正比。因此，若根据测力计上“0”“1”两个位置的间距，等距地标出2、3等刻度，它们将对应密度是水的2倍、3倍等的液体。当然刻度之间也可等分。如此这般，学生才算是学会了如何将测力计改装成液体密度秤的知识。如果确保测力计示数不变，不难发现圆筒内液体的体积（可对应到液体高度）将与液体的密度成反比，这样学生甚至能明白如何改装“双量程”或“多量程”液体密度秤。

但是，上述教学只解决了科学知识方面的问题，更有挑战也更能激发学生创新欲望、培养学生创新能力的是技术问题的一并解决。在“大众创业、万众创新”的今天，这种不再唯分数的教学越来越受到重视。例如，怎样确保测力计下方的塑料圆筒在实验过程中始终处于水平状态？筒装液体时怎样做到既快又准还安全？事实上，用吸管配合烧杯在晃动着的圆筒内装满液体是一件很不容易的事情。不同液体的表面张力不同，测量时学生对“装满”标准的把控也很难做到先后一致。有些液体还可能有较强的腐蚀性。因此，怎样避免“洒出”等失误操作就变得十分重要。更何况，即使每次使用测力计时都认真地进行了调零，也难以保证测力计在每次操作过程中都能较好、较快地稳定在竖直线上（螺旋弹簧长度与拉力正比变化的精度问题在初中阶段通常无法细究）。

当然，杆秤或者天平也可以改装成密度秤，但同样也会遇到类似上述的技术问题。由于杆秤本就被普遍使用，且比弹簧测力计精准，因此如何确保这种密度秤在称液体密度时保持水平便成为很有趣的技术问题。

在实际教学时，笔者先把寻找“安全圆筒”“确保杆秤水平平衡”两个技术问题转变为“操作型”家庭作业并提前一周发布，然后再要求全班学生或以学伴为组或以家庭为单位寻找解决方案。

果然，用塑料注射筒代替塑料圆筒有更突出的优势，如便捷、安全、准确、节约、不怕晃动等。用“迷你水准泡”水平仪更是巧妙地解决了秤杆的水平问题。多数学生知道选取细长的圆筒，有的给它加盖，有的给它划线。也有一些学生制作了“重垂线水平仪”（在量角器对称轴与其上面所挂重垂线重合时，其底边水平）、“连通器水平仪”（塑料软管中装水并静止时，两边管口水面齐平）和“铁架台水平仪”（在铁架台竖直杆上预先确定秤杆水平时对应的位置）。学生们不但在实践中深刻领悟到重力方向、液体压强及指针转换放大作用等科学知识，还感悟到了学无止境、创意无限等意境。

为了帮助学生顺利解决相关知识与技术问题，物理教师可建议学生先把问题细化、分类，然后开展小组合作学习活动，每天把各自搜索下载的科学知识和浏览相关内容产生的技术创新灵感进行集中交流。教师也可先提供方向性的创新建议，引导学生利用课下开展类似“四方馆”的专题研讨活动。

产生最佳方案后，教师引导学生用学校购买的杆秤制作材料、塑料注射筒、塑料帽、自拧螺母、强烈快干胶、蜡线等器材制作液体密度秤。教师和部分学生家长负责用手持式角磨机、电钻及小铁锤等工具制作杆秤提钮、打磨秤砣、切去秤钩尖头，学生则以小组为单位负责在铰链刀口、秤杆表面等处打磨及加注润滑油，共同创制“多量程液体密度秤”（见图1）。

三、课堂完成“实践型”学习任务

上课分三个板块。板块一主要查找前两节课密度测量方法的缺点：先用问题导课，让学生明白生活很需要“易操作、较精准”的液体密度秤；再把第2、3两节课测量密度的方法制成简图，使全班学生都能认识到这些密度测量方法实际上普遍存在“误差大、操作比较麻烦”等缺陷。板块二集中评析学生在课前作业中设计的两款“液体密度秤”的测量原理：即“等体积液体的密度与其重力（或质量）的称量值成正比”和“等重力（或质量）液体的密度与其体积成反比”（见图2、图3）。在板块三，先组织各学习小组借助水完成液体密度秤0、1、2、3等刻度及其10等分刻度的标注，接着比对各小组用自制密度秤测量教师统一提供的玉米胚芽油和酱油的密度，让学生感知密度秤的便捷性和精确度，最终使学生对“为什么玉米油的密度比水小、酱油的密度比水大”等知识性问题形成生動并深刻的理解。

上述三个教学板块都是基于课堂知识学习和技术操作展开的，在层层递进并有趣的学习活动中，科学与技术相融合的课堂呈现出良好的教学效果。

四、课后展开“创新型”收录工作

科学与技术融合式教学会伴生许多教具和学具，这些都将成为后续学习的宝贵资源。由于上课时间有限，本节课所制作的液体密度秤每次抽取液体的体积都控制在10ml，这样可在秤杆上标出0～3倍水密度的刻度。在称量液体密度时，如果注射筒每次只抽5ml液体，则密度秤的量程就可增大到水密度的6倍，依次可推，此密度秤完全可以称量出水银的密度。

在各学习小组组长及相关物理教师共同评选的基础上，师生总会遴选出1至2件优秀作品，接着组织人员把作品的制作工艺和操作办法用视频方式录制下来，这种资料非常有利于激发学生后续的创造力，也是学校物理课程建设的重要成果。教师还引导班级兴趣小组把枯躁的考试中的问题转变为科研问题，对作品的进一步改进乃至再创造大有裨益。例如，能不能创制一款可直接称量固体密度的密度秤呢？这应该是密度阶段复习教学留下来的最有创意的问题了。

（责任编辑 郭向和）