2023年中学物理学科活动实践研究.docx

中学物理学科活动实践研究 李峰　杨天照 摘   要： 在中学阶段开展物理学科活动，对于培养学生的物理学科核心素养和学生终身成长具有积极的意义。文章以新课程理念为指导，以多年的活动组织经验为根底，以组织纸桥大赛活动为案例，介绍了筹划一场学科活动的一般流程，并说明了每个步骤的作用和意义。 关键词：学科活动;活动筹划;纸桥大赛;一般流程 中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）8-0073-4 普通高中物理课程标准（2023年版）中明确提出：“高中物理课程是普通高中自然科学领域的一门根底课程，旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身开展奠定根底，促进人类科学事业的传承和社会的开展。〞 开展学科活动，对于培养学生的学科素养，提高其动手能力和团队协作能力都有很重要的作用。如何开展物理学科活动？笔者根据经验总结其设计及实践流程，以组织纸桥大赛为例，说明每个步骤的作用和意义，以期对大家有所帮助。 1    活动背景 社会经济的开展离不开根底设施的建设，其中桥梁建设有着重要的地位和作用，它可以缩短人们的行驶距离，对促进经济开展、提高人民生活水平有重要意义。中国有悠久的桥梁史，据考证，中国在东汉时期（公元25—220年）就出现石拱桥。坐落在石家庄赵县的赵州桥建于公元605—617年，至今屹立不倒。 桥梁的种类一般分为梁式桥、拱桥、斜拉桥等，桥梁的建造包含了力的合成和分解、牛顿运动定律等众多的物理知识。我们通过举办纸桥大赛这一学科活动，引导学生进行桥梁的设计和制作，在实践中学习有关桥梁的知识。 在活动背景介绍中，首先，说明该活动所包含的学科知识背景，介绍活动是对哪局部知识的应用;其次，说明其历史文化背景，介绍本次科技作品的历史文化知识;最后，说明应用领域，让学生了解本次活动在当今社会哪些技术领域有重要应用。 2    活动主题 展力学之美，成栋梁之材。 活动主题的设计，是对本次活动的目的和意义进行总结、凝练，尽量是一句简洁、文雅的口号。 3    活动目的 深化学生对力学概念和规律的理解，丰富学生的课余生活，提升其物理学习兴趣，加强对其动手能力和团队合作能力的培养。 活动目的主要表达在三个方面：一是深化学生对当前所学物理知识的理解;二是加强对学生动手能力、团队协作能力的培养;三是丰富学生的课余生活，到达寓教于乐的目的。 4    活动对象 活动面对的一般是本年级的全体学生，对普适的物理知识也可以面对全校开展。 5    活动内容和流程 纸桥大赛分为四个环节：赛前班内宣讲，纸桥模型比赛，班级内部承重桥初赛，级部纸桥承重决赛。具体开展过程如下： ①4月3 日前，准备好大赛所需的培训课件、悬挂横幅、张贴海报。 ②4月4日，由各班物理老师在班内进行理论培训和宣传发动。 ③4月5日—6日，清明节假期期间学生查阅资料，制作纸桥模型。 ④4月8日—10日，纸桥模型展览，评委老师对纸桥模型进行评比打分，选出优秀作品。 ⑤4月11日，提交统计各承重赛参赛队伍成员名单（每支参赛队伍3～6人）。 ⑥4月18日，每班选出2名裁判员，确定主持人。 ⑦4月19日下午，纸桥承重赛在操场正式开始。 此类学科活动一般可分为四个阶段： 第一阶段：理论学习和宣传阶段。这一阶段，我们会准备统一的辅导课件进行理论讲解，并且制作活动海报和横幅。 第二阶段：学生制作。理论讲解一般放在清明、五一、国庆等小長假之前，学生可利用假期进行资料查找和制作。 第三阶段：作品完善。这一阶段，学生提交了作品，各班物理老师对学生进行指导，学生修改作品，调试到最正确状态。 第四阶段：评价和展示。如果是展示类的活动，我们会安排具体的展示时间，学科组老师集中进行打分评比，学生间可以相互学习。如果是竞技类的活动，我们会提前布置会场，准备测量器材，辅导裁判员和主持人。活动评出的优胜作品或优胜队伍，要在年级大会上进行表彰。 6    参赛形式 纸桥大赛分模型赛和承重赛两个工程。 纸桥模型赛为个人参赛，纸桥承重赛以小组为单位参赛。 7    评价标准 纸桥模型赛作品要求： 纸桥制作的主体材料为纸，制作时可以使用胶水、胶带、热熔胶、双面胶进行粘贴。可以在桥上加少量装饰物，以增加美观。作品应力求有创造性，并能贴近实际、结构合理、制作精巧。 纸桥承重赛制作要求： ①比赛时间是1个小时，参赛者用现场统一提供的材料和自带工具制作一座可以承重的“桥梁〞，每超时1分钟扣1分。 ②制作材料为A4纸10张、固体胶1个和双面胶一卷。其他制作工具需选手自带，允许带以下工具：剪刀、小刀、尺、笔、橡皮、圆规等。 ③桥面长度不小于28 cm，宽度不小于10 cm;桥洞下需能通过宽8 cm、高5.5 cm的木块，桥身重量不得超过50 g。 ④外形尺寸得分=（长+宽+高+主洞宽）/10 （全部以厘米为单位） ⑤可以在桥上加少量装饰物，以增加美观。欣赏分由嘉宾老师打出，老师根据桥的结构和美观度，结合自己的感观给各件作品打出分数（分值在1～5分之间），最后取平均分参加总成绩。 ⑥总分 = 载重÷桥重 + 外形尺寸分 + 欣赏性加分 - 超时分。 学生作品的制作是开放的，但是我们要界定一个评价标准，这样学生制作会更有目的性。在竞技类的比赛中，我们给定主体制作材料和比赛规那么，学生在规定的时间内进行开放式的设计制作，然后根据可测量的量（如承重、射程等）来进行评价。 8    工作安排 本活动具體安排如下： ①场地布置、比赛器材准备由学生会体育部负责。 ②赛前赛后的宣传工作（PPT、海报、横幅）、奖品买办由物理组负责人负责。 ③邀请嘉宾和评委、奖状制作由班主任老师、学生会学习部等负责。 ④主持人、拍照、新闻稿等由学生会宣传部负责。 ⑤赛后卫生由学生会生活部负责。 ⑥现场秩序维护及应急由年级物理教研组负责。 ⑦测量及统分工作具体安排为： 裁判组成员由各班推荐，每班2人，共分成4个裁判组。比赛过程中每个裁判负责两个小组的监督和计时。制作完成后4个裁判组同时开始称量。一人记录数据，一人测量长、宽、高，一人称桥重，一人负责监督加重过程并数秒确定分数。数据记录完成后，裁判组成员签字确认，交由主席台统分。 学科活动的开展需要依靠和调动各方面的力量，包括学校领导的支持、学科组老师的帮助、学生会的力量、班主任的发动、课代表的积极协助等。 9    培训教案 情景引入——体验结构的力量。 把一个魔方放在用一张A4纸搭成的桥上，桥马上塌了（如图1）。把纸折成瓦楞状后，不仅可以托起一个魔方，还可以承载更多物体（如图2）。 如果用10张A4纸，可以承当多大的物重呢？（展示往届纸桥大赛的现场照片如图3） 好的纸桥可以承当三十多本牛津字典的重量。可见，同样的材料，不同的设计，可以展示出不同的力量。要想建造一座结构合理、美观大方的纸桥，要注意什么呢？ 呈现本节任务： （1）抓住主要因素展开工作 纸桥的制作要注重其稳定性和强度。纸桥稳定性由其重心上下、支撑底面积大小以及几何形状决定。纸桥强度由其形状、构件之间的连接方式还有使用的材料决定。 （2）常见的桥梁结构及其力学原理 常见的桥梁结构包括梁式桥、拱形桥、斜拉桥、悬索桥、复合体系桥梁等，每种桥梁都有其特殊的力学原理。 ①梁式桥 由一个或多个单元组成，单元和单元之间通过铰接形成一体。其受力情况如图4。桥面承重时，上外表受到的是压力，下外表受到的是拉力。 优点是取材方便、结构简单;缺乏是自重大、跨度小。 ②拱形桥 拱形桥的主体是承受巨大轴向压力的拱圈或拱肋。桥梁往往有不同形式的曲线型，如圆曲线、抛物线等，以到达拱圈或拱肋内的力矩最小。拱形桥可以将竖直方向的压力转化为水平方向的推力，所以一般对地基的要求很高（图5）。 优点是跨度大、易维护;缺点是对地基要求较高。 ③悬索桥 这既是古代原始桥梁的一种结构类型，又是现代特大型桥梁最适宜的结构。它由两岸的固定点作为锚墩，通过作为提高之用的索塔，用特制的高强柔性并有一定垂度的缆索牵拉桥面而做成的桥梁。这种桥型在两岸需设有可以承受强大水平拉力的锚墩（图6）。 优点是可以建造的很高，而且跨度大;缺点是稳固性较弱。 ④斜拉桥 它由主塔、斜拉索、主梁组成。高强度柔性斜拉索由主塔的上部斜拉到主梁的各个节间上，组成稳定的桥梁体系。斜拉索对称地分布在索塔两侧，对索塔左边的力可以分解为水平向左和竖直向下，右边的力可以分解为水平向右和竖直向下。两个力对称，使水平方向的力抵消，使物体对前面的载荷传递给索塔（图7）。 优点是抗风性强，受限制小;缺点是结构复杂，建造难度大。 ⑤复合体系桥梁 在一座桥梁上同时采用两种以上的结构类型。这是可以利用不同桥型的突出优点，组合在一起，到达的桥型选择。 （3）明确设计的目标和要求 ①纸桥设计大赛要求每人设计一种纸桥，要求主体材料是纸，以美观、创新为标准。可以在桥上涂颜色、加少量装饰物，给作品起一个自己喜爱的名字。班级评出优秀作品，年级表彰。 ②纸桥承重大赛以小组为单位参赛，每组3～6人。届时学生要在规定的时间内用10张A4纸制作一个承重桥。要求桥面长度不小于28 cm，宽度不小于10 cm;桥洞下能通过宽8 cm、高5.5 cm的木块，而且桥身重量不得超过50 g。 （4）展示往届学生作品（图8至图13） 为了方便活动在年级展开，学科组老师需要提前开研讨会，探讨活动细节，并研究培训课的内容。通过交流研讨，形成一份筹划书、一份教案和一份教学课件。筹划书应包含本文中提到的活动背景、活动主题、活动目的、活动对象、活动内容、参赛形式、评价标准、工作安排几个工程。教学课件以活动背景作为引入，介绍活动涉及的理论知识、活动的流程、制作要求以及往届优秀作品等。 学科实践活动是对课堂知识的外延和深化，是帮助学生将物理知识融入生活实际的重要途径，是培养学生学科核心素养的重要途径。通过纸桥大赛的活动设计，我们形成了一套活动组织和筹划的根本流程，这对于开发新的学科活动具有一定的指导意义。 参考文献： [1]张兆安.浅议牛顿力学知识在桥梁设计建设施工中的具体运用[J].山东青年，2023（12）：22-26. [2]刘觅.桥梁施工中的力学原理[J].中学物理教学参考，2023，47（2）：46-47. [3]张继超.力学在桥梁设计中的应用[J].赢未来，2023（1）：79. [4]胡训忠.综合实践活动课一般流程[J].新课程（小学版），2023（3）：30. [5]汪建竹.简述桥梁工程开展历史[J].四川水泥，2023（2）：207. [6]梁健忠.基于高中物理实验的综合实践活动研究[J].综合实践活动研究，2023 （1）：72-74. （栏目编辑    李富强）