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基础，以组织纸桥大赛活动为案例，介绍了策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;活动策划;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（2020）8-0073-4

    《普通高中物理课程标准（2017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基础课程，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，为学生的终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承和社会的发展。”

    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

    社会经济的发展离不开基础设施的建设，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，对促进经济发展、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，介绍活动是对哪部分知识的应用;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。

    活动目的主要体现在三个方面：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，达到寓教于乐的目的。

    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动员。

    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，调试到最佳状态。

    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项目。

    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。观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），最后取平均分加入总成绩。

    ⑥总分 = 载重÷桥重 + 外形尺寸分 + 观赏性加分 - 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则，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、班主任的动员、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，可以承担多大的物重呢？（展示往届纸桥大赛的现场照片如图3）

    好的纸桥可以承担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高低、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，上表面受到的是压力，下表面受到的是拉力。

    优点是取材方便、结构简单;不足是自重大、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，以达到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;缺点是坚固性较弱。

    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，达到的桥型选择。

    （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，形成一份策划书、一份教案和一份教学课件。策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、工作安排几个项目。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策划的基本流程，这对于开发新的学科活动具有一定的指导意义。

    参考文献：

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    [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，2019 （1）：72-74.

    （栏目编辑? ? 李富强）