技术与科学融合的物理教学设计与课堂实践
肖云峰
[摘 ? 要]以初中物理托盘天平的教学为例，说明如何将技术与科学融合，结合课程特点与学生的具体情况，对教学内容进行适当整合与加工，激活学生的主体意识，调动学生参与学习活动的主动性、积极性和创造性，让学生感悟知识的发展过程，提高课堂教学效果。
[关键词]物理;教学设计;技术与科学;物理学史
托盘天平是初中学生在物理学习中最早接触的较复杂的测量仪器，是学生后续学习质量及相关知识的基础。如何让学生掌握好这部分知识，歷来是初中物理教学的重点和难点。回顾现阶段关于托盘天平的课堂教学设计，大部分教师要么通过展示天平实物或图片来为学生讲解天平的结构和注意事项，要么让学生阅读课本，通过自学和小组合作互助的方式完成相关教学任务。但是，观察学生的课堂反应和对学生课后反馈的抽检发现，以上教学效果并不理想。
一、托盘天平的教学模式分析
以上两种课堂教学分别代表了两种典型的教学模式。第一种是传统教学模式，教师以自我为中心，组织学生听讲，向学生灌输知识，不仅低效，而且严重束缚了学生学习的主动性。第二种在形式上更偏向于现代教学模式，教师在课堂上也试图以学生为主体，但对学生现有的认知水平和学习能力考虑不足，过分依赖学生自主学习，然而多数学生只能掌握教材中较浅显的知识，不能领悟其深层内涵。这两种情况都违背了学生认知发展的规律，未能激活学生的主体意识，没有较好地调动学生参与学习活动的主动性、积极性和创造性，没有让学生感悟知识的发展过程，最终还是会回到死记硬背的怪圈，很难达到预期效果。为此，笔者从调动学生学习积极性的角度，探索了结合技术与科学的教学设计。
二、结合技术与科学的教学设计思路
以初中物理“物质的质量”一课中托盘天平的新课教学设计为例。教师以准确称量一个果冻的质量为目标，对课堂设计进行了整合，从初步设计制作称量器材开始，到称量果冻过程方法的改进，再到准确称量果冻的托盘天平的正确使用，让学生参与了全部设计。
天平的设计过程包含了技术与科学在物理中的融合，如果学生能从使用者的角度去体验天平的设计过程，必然会对天平有更深的认识。这堂课的设计始终坚持从学生出发，用任务驱动学生学习知识，主动思考，调动学生积极性，让学生从听课者变成参与者，不断改进自己的实验设计，教师则在必要时提供指导。
三、结合技术与科学的教学设计中的亮点
1.引入物理学史，激发学生兴趣
利用图片展示并介绍中国的“权（秤砣）衡（秤杆）”，让学生了解中国是世界上使用天平砝码最早的国家之一。春秋后期到战国时期，楚国经济繁荣，王公贵族曾使用木衡、铜环权的双盘天平称量黄金货币。这使学生对人类历史长河中的伟大发明产生了新奇感，迅速进入了新课学习。
2.设计制作简易天平，激发学生探究动力
教师引导学生通过图片观察“权衡”，分析其结构特点，并思考“衡”是用什么制作的，可以用什么来替换。学生可能回答是金属制作或者用木棒制作的，教师要提前准备好金属的衡和木质的衡用于展示。
接着，请学生思考：古代使用权衡时，黄金放在哪里，权放在哪里？学生可能会说左右盘。教师再追问学生：我们自制的半成品权衡，物体要放在哪里？学生回答可以用一次性水杯替换。然后，教师引导学生在金属衡或木质衡的基础上制作完成初步的天平模型（见图1）。这样，学生就很容易了解托盘天平结构中横梁和托盘的作用。学生在这一过程中参与并感悟人类的伟大发明，激发了主体意识，产生了探究的动力，收到了良好的教学效果。
3.经历科学探究过程，强化学生主体地位
教师设置的问题情景是如何利用自制简易天平称量果冻的质量。这一任务激发了学生动脑思考如何使用天平，从而想到了“权”，也就是砝码的用处。教师要求学生利用课堂上提供的工具和材料，如简易天平、莲子（约1g）和橡皮泥，尝试称量果冻的质量。鼓励学生在动手实验时发现问题并想办法解决，特别注意记录测量前、测量中遇到的问题，并思考相应的解决方案。
在实验操作反馈交流时，有的学生发现，简易天平在称量前就出现了两端不平衡，如左高右低或左低右高。有的学生想到用一些橡皮泥粘在横梁两端或放在纸杯内以调节平衡，教师肯定了把橡皮泥黏在横梁两端以调节平衡的方案，这样既可以使天平平衡，又能避免放在纸杯内影响称量结果。这样，学生就在亲身体验中理解了标准托盘天平上平衡螺母的作用及使用方法，消化了教学中的重点和难点。
学生称量果冻的实验结果会出现差异。同类果冻的质量会相差半克甚至几克。于是，教师提出问题：称量时大家都利用了等效替换的原理，但是，为什么同样规格的果冻质量相差这么多呢？学生思考并讨论后发现，称重用的莲子有大小之分，质量自然也不同，应该把莲子改进成统一质量的事物。这样就自然引出了标准质量的砝码。而当称量过程中始终无法使天平达到平衡时，有的学生想到了用半颗莲子甚至更小的橡皮泥来实现平衡。但是，怎么计量最后的结果呢？这使学生认识到，不是所有的物品都恰好是整数克的质量，要通过设置更小的砝码来进行更准确的称量，从而明白了游码的作用。这样，通过用莲子称果冻的实验，从改进精度的角度，引发了学生的思考和推理，使学生从本质上理解了砝码和游码的作用及演变过程，掌握了天平的正确读数方法，同时也强化了这一部分的重点知识。
4.理论结合实际，提高实验操作能力
整个课堂设计有一条主线，即始终围绕测量果冻质量展开。先让学生估测果冻质量，根据古代权衡设计简易天平并初步测量果冻质量，最后通过对比托盘天平和自己设计的简易天平，掌握托盘天平的结构，通过教师讲解、小组交流、同伴互助等多种方式，再次称量果冻。这样，学生在提高称量精度的过程中掌握了规范使用托盘天平进行测量的正确方法，提高了实验操作能力。
四、结合技术与科学的教学设计流程
1.初步感知物体的质量
教师用几张图片展示了一些常见的食品标签，其中都包括了质量数据，使学生认识到各种物质均有质量。为了让学生回忆以往学过的知识，再根据学生的回答判断学生对质量的估测能力，并强化学生对一些常见事物质量的认识，教师提出了一系列問题。
（1）一个蜜瓜的质量是多少？（约1kg）
（2）一颗莲子的质量是多少？（约1g）
（3）你自己的质量是多少？
（4）这个果冻大概是多少克？（学生估测）
以上问题使学生迅速进入了课堂主题，并意识到身边的事物都有质量，也开始好奇教师提供的果冻的质量是多少。
2.体验天平的制作过程，初步称量果冻质量
教师要准备如图1的简易天平，设置一些有梯度的任务，引导学生通过实验、思考、讨论等方法完成任务，并从中发现问题、解决问题，从而理解天平的结构及使用方法。教师用以下问题引导学生思考。
（1）古人如何利用权衡称量物体质量？
（2）简易天平使用前不平衡，要怎么处理？
（3）使用简易天平时，果冻放在哪里？莲子（等同于权）放在哪里？
（4）简易天平左右两边不能平衡，怎么办？
（5）相同果冻称出的质量不同，造成误差的原因是什么？
这个设计过程摒弃了原来“教师讲，学生听”的低效课堂模式，让学生通过常见的非标准实验材料，理解了标准托盘天平的称重原理、结构和各组成部分的作用。这样，就使学生成为了知识的发现者，在探究中完成了主动学习。
3.熟练使用托盘天平，精确称量果冻质量
让学生对比托盘天平与简易权衡，找出两者的相同和不同之处，同时学习托盘天平的正确使用方法。让学生利用托盘天平准确称量果冻的质量，并思考如下问题，以进一步理解“质量是物体的物理属性”。
（1）把果冻捏变形后，质量是否改变？
（2）把果冻泡在热水中，取出后擦干，质量是否改变？
（3）把果冻移动位置，质量是否改变？
五、课后反思
本堂课的教学设计摒弃了传统照本宣科的教法，根据学生好奇心和探索欲强的特点，站在学生的角度，以古时权衡为载体，以估测果冻质量到初步称量果冻质量再到精确称量果冻质量的实验任务，循序渐进地引导学生体验天平的设计原理和使用方法，调动了学生的积极性，实现了“人人动手、人人动脑”，整个过程既突破了难点，又强化了重点，收到了良好的教学效果。
但本课仍有需要改进之处。由于课堂时间有限，天平的设计过程和使用方法还应有更多拓展。如教师可以鼓励学生在课后通过小组合作制作一个天平，用来称量身边的物件，并开展评比，把课堂知识运用到综合实践中，真正体现“从生活走向物理，从物理走向生活”的课程理念。
以上，只是以托盘天平的教学为例，讨论了技术与科学融合的教学设计。初中物理涉及的测量工具还有刻度尺、测力计、温度计等，人类在发明这些工具的过程中展现了非凡的聪明才智，教师可采取类似的做法，对教学内容进行适度的整合与加工，精心设计教学步骤，依据课程标准、课程特点和学生的实际情况，打造更具吸引力的物理课堂。
（责任编辑 ? 郭向和）
