论通用技术融入物理课堂的意义

吕文安

摘要：通用技术与中学物理，相似点非常多，都属于自然科学范畴，都是实践性很强的学科。两学科都致力于培养学生的逻辑思维、创新思维以及细致的观察能力。近年来，国家对中学开展通用技术课程高度重视，这门学科的开展充分调动了学生对日常生活细节的关注和兴趣，而生活中的物理也是无处不在。因此，如果能把通用技术有效融入物理课堂，就能更好地培养学生操作能力、创新能力。让相关学科相互促进，最终提高学生学习效率和学业进步。

关键词：通用技术;中学物理;有效融入;学业进步

1.1 农村中学物理教学现状困境分析

中学物理课堂的常规教学，主要体现在教材的理论教学和实验开展。而对于生源质量较低的农村学校，学校的教学环境和实验设备相对落后，加上学生学习基础薄弱，对物理学科兴趣不高，甚至有恐惧或厌恶心理。过去，笔者认为物理实验课是提高学生兴趣的重要手段，但实践发现，部分学生对课本大纲的实验兴趣不高。笔者通过调查发现，他们对常规物理实验兴趣缺乏的原因有以下方面：其一是过于“急躁”，对实验的原理还不熟悉就开始动手操作，结果操作过程不流畅不顺利，最后出现沮丧心理;其二是认为这是对课本已有实验的再验证，只是对前人试验的重复，感觉物理实验只能得出课本结论，很难“制造”出属于他们自己的实物产品，因此学习劲头不高。

1.2 通用技术课堂特点和开展价值

通用技术学科的核心基于生活生产的实物模型设计和制作，具有很强的实践性。学生通过观察、分析、设计、制作、实验等一系列实践活动，更好地培养创造意识、观察能力。例如制作一张凳子，如何选择材料？如何制作增强凳子稳定性和承受力？凳子的构造如何更让人感觉舒服美观？等等。通用技术的设计理念能够充分调动学生的思考积极性及动手实践能力。笔者通过开展通用技术课堂发现，在所有学科中，通用技术课程学生参与活跃度达到了一个小高潮。笔者通过与部分学生的谈话了解到，他们对通用技术的兴趣甚于物理实验课堂的原因：首先通用技术与生活生产密切相关，制作作品的要求难度不高，涉及面又非常广泛，学生的想象力可以得到充分发挥;另外，完成了作品制作，每个学生都有自己的实物成果，成果成为增强自信的强心针，驱动他们要更好地对日常生活进行观察研究。

1.3 通用技术融入物理课堂的意义

中学物理与通用技术有很多相似之处，都是理论与实践结合很强的学科。教师通过指导学生进行通用技术设计和制作，能够培养学生的创造性思维，增强学生的动手能力，并且从自己完成的作品中获得成功感、自我肯定评价，增强自信心。同时，在作品完成后，教师可以引导学生分析其物理原理，提取作品中的物理模型，提高物理学习效率。

1.4 通用技术如何融入物理课堂

关于如何把通用技术有效融入物理课堂，提升物理教学质量，笔者通过理论和实践探究，总结了以下三点：

第一步、科学设计符合物理教学大纲的通用技术课程教学内容，引导学生尝试从物理原理上去发现问题、分析问题和解决问题这三方面来开展“通用技术”课程教学。例如，通用技术课堂要求制作“小型电风扇”，引导学生思考风扇转动的物理原理是什么？风扇叶转动不流畅的原因？如果减少转轴摩擦力？等等。

第二步、指导学生在自身完成的通用作品上寻找、分析其中的物理知识和原理，让物理课堂形象化具体化。通过自身作品，快速构建物理模型。还是以“自制小风扇”为例。引导学生提出线速度、角速度、周期等基本概念，并让学生讨论，风扇叶上各点的转动规律，转动快慢与周期、频率、线速度、角速度等关系，等等。

第三步、结合现代多媒体技术，尝试把学生通用作品融入物理习题中，提高物理课堂兴趣。教师在物理课堂教学中，不能纯粹理论教学，要有意识地运用“通用技术”理念，实现“通用技术”知识和物理知识的有机结合。让学生自己探究自身作品的物理原理，利用自己的作品去解决物理习题，学生的学习主动性和兴趣就能被充分地激发，从根本上提高了物理学习水平。

2.通用技术融入物理课堂具体案例

下面是笔者和学生共同完成的一项关于通用技术有效融入物理物理课堂，进而提升物理学习效率的一个探究案例：

首先，参与探究的对象是高一学生。在第一学期，高一学生对高中生活充满好奇和新鲜感，在一次通用技术课堂中，笔者以“结构与稳定”为主题，从通用设计的一般过程出发，即发现和明确问题，制定设计方案，模型制造，优化与改进等几方面引导学生进行自己喜爱的生活事物的设计。如何让作品模型美观而实用？如何让作品结构稳定不易坍塌？如何控制制作成本？等等。学生们的热情被充分激发起来，这时候，笔者尝试从物理学受力的角度出发，提出一些具体问题让学生討论思考，例如要完成一个小木凳制作，在不借用502胶水或钉子的基础上，如何维持小木凳受力平衡？小木凳是用三个凳脚还是四个凳脚支撑更能维持稳定？现代商用小型无人机为什么是四翼而不是三翼？从维持飞行稳定和控制制作成本、难度方面，如何权衡利弊综合考虑？虽然学生回答的结果不一定是最佳答案，但课堂热烈讨论、积极参与的气氛充分被调动了起来。

在完成学生通用作品收集后，笔者给予逐一打分。第一次通用设计没有特别的制作要求，只要求学生从结构的稳定性出发进行制作。部分同学选择制作“大桥”或“房屋”。以下是两个学生设计制作“斜拉索大桥”和“小木屋”。

在通用技术作品总结交流课上，笔者请以上两名学生谈谈自己的制作感受。“斜拉索大桥”制作者是一名男生，刚开始，该生本打算制作普通的桥梁，在平直路面的下面，加上三组“桥墩”，通过桥墩的承受力，让桥面保持稳定。后来他觉得既然制作的是大型桥梁，如果只是加上普通的桥墩，如果有强风巨浪等恶劣环境，加上重型车队通过大桥，桥墩的承受力可能不够维持桥面的稳定，除了让桥墩给予桥面向上的支持力，也可以考虑在桥面上方给予桥面拉力。于是在大桥中间两侧加上高塔，高塔附上若干根斜拉索。该生反映，他只是认为普通的桥墩不足以承受桥面重力，需要再考虑增加什么结构来稳定桥面，最后想到了在大桥中间加上高塔和斜拉索，最终完成了生活中普遍存在的“斜拉索大桥”。这样的制作虽然普通平凡，但该生认为，通过制作，促进自己以后要更细心去观察生活，观察生活的事物如何存在得更合理、更科学，更好地为百姓使用。另外，“小木屋”的作者是一名女生，她认为稳定的房屋，需要有“三角形”结构。因此她选择制作“小木屋”。房屋由四根台柱支撑，屋顶是一个三角形的构造，房子不容易坍塌。另外，她也指出，三角形屋顶也相当于一个斜面，斜面有利于排水。本来这些“小木屋”是很常见的生活建筑。该女生也认为，自己的作品缺乏特色，过于平凡，不过，制作作品让她获得成功感和自信心。另外，也认为了解生活细节、善于观察的重要性，激发了她对生活事物更大的好奇心。

高一第一学期，物理学开始详细介绍受力分析，受力平衡等力学知识。在同学们完成受力分析，力的合成与分解后，笔者试图让学生对自己的作品从受力分析的角度观察，分析如何让自己的作品受力平衡，维持稳定。在过去的高一年级物理教学中，学生在受力分析环节后就开始出现两极分化，厌学畏难情绪开始增加。而今天，学生们对自己的通用技术作品进行力的分析，他们热情高涨，虽然不一定能正确分析评价，但参与度和积极性是以往无法比拟的。

在一堂关于受力分析的物理课堂上，笔者还是以某男生的“斜拉索大桥”为例，让同学们尝试对该作品画出受力分析图。然后再评价，讨论。以下是该桥斜拉索部分的受力分解图：

通过对桥梁主塔的受力分析，同学们发现，越多的斜拉索，那么对桥面提供竖直向上拉力的分力就越多。正是因为这些分力，稳定了桥面，减轻了桥面以下的桥墩的承受力，当然，斜拉索也不是越多越好，毕竟这样对主桥墩的压力也越大，要结合建造成本和安全等现实问题去综合考虑。

另外，并不是所有学生都能对桥梁高塔正确受力分析，某同学的受力分析图如下：

这个受力分析有没有错呢？该同学说，根据牛顿第三定律，斜拉索受到主塔的拉力，主塔对斜拉索也有反方向的拉力，作用力与反作用力等大反向，合力为零，因此桥梁和桥面保持稳定！笔者听了该同学的回答，有点惊讶，回过神来，也觉得这是情理之中，毕竟学生学习知识容易混淆概念。然后笔者跟同学们说，该同学能够利用牛顿第三定律来分析，出发点不错，问题在于受力分析的第一步没有弄清楚，那就是首先要明确研究对象！本次受力分析的对象是主塔而不是斜拉索。然后同学们通过观察自己的“桥梁”作品，原来是研究对象搞错了，很快就能够纠正过来，在下一个环节，错误率明显降低。课后笔者了解发现，学生不再为了做题而做题，他们手里有着具体形象的物理实物模型，能够通过观察，快速明白自己受力分析存在的问题并予以纠正。

受力分析只是力学的入门环节，在同学们逐渐掌握这一“敲门砖”本领后，笔者加深力学分析难度。在一次物理习题课堂上，笔者设计了一道关于通用作品的物理习题，结合某女生的“小木屋”作品，让同学们讨论分析，习题如下：

一房屋的屋檐水平宽度为L，屋顶斜面为了尽快让雨水通过，应该如何设计屋顶斜面的角度？（忽略斜面与雨水的摩擦阻力）

在让同学们尝试完成这道习题前，笔者拿起某同学的“小木屋”，并提问该作品作者：这个房屋的屋顶斜面与水平面之间的夹角多少度？你为什么要选择这个角度？该作者——某女生回答：大概是30度到60度之间，具体她自己也不清楚。然后笔者再提问了其他同学，屋顶的角度是越小越好呢？还是越大越好？如何设计最合理——也就是说，如何能让雨水最快的时间通过屋顶？同学们的表情充满兴奋和好奇，纷纷拿起笔来，一边观察，一边小组讨论。一段时间后，大家纷纷展示自己的研究成果：约10%的同学认为是30度，20%的同学认为是60度，50%的同学认为是45度，其余的同学没有具体结论。笔者提问了“小木屋”作者来回答此问题，她结合牛顿第二定律、受力分析、几何知识、匀变速公式以及三角函数等方法求解：当屋顶斜面与水平面夹角45度，雨水最快时间下落完毕。

她的结算结果是45度，过程正确。该女生的物理基础一般，为什么能完成这个解答过程呢？笔者提问该女同学，她回应这是她们小组讨论的结果。但她的最大感受是，原来物理原理能够与生活生产如此完美结合，感觉到不可思议！为什么屋顶斜面一般都是45度？原来不只是美观，而是为了让雨水尽可能快速通过，减少雨水对房屋的压力。通过一次简单的通用技术制作，让大大增强了物理学习兴趣和自信心，今后会更认真更细心去探索生活中的物理。

3 结束语

实践证明，兴趣是最好的老师。过去的课堂教学，教师可能为了教学而教学，学生只是很被动地、机械地进行学习，因此学习效率很难从根本上得到提高。筆者尝试在通用技术制作中，引导学生发现其中的物理原理，而在完成通用作品后，又让学生试图对作品进行物理学分析。学生的兴趣激发起来，成为他们的内在驱动力，从被动学习到主动探究，成功培养了自身细心观察生活的能力。

在现代多媒体、人工智能技术进入课堂教学大背景中，如果我们能够把多学科更好地联系起来，把学科与生活联系起来，让学生在学习中获得成功感和喜悦感，相信学生会更加爱上这样的具有人文关怀而不缺科学探究的新课堂模式，一切有利于学生品德培养和科学知识培养的新型课堂模式理应值得尝试。

参考文献：

[1]谢仁华，李志方.“五步教学法”在新课程高中物理实验教学中的尝试[J].中国教育技术装备，2009（23）：117-120.

[2]田军霖.将通用技术与物理课堂教学融合的应用实例———“向心加速度”教学设计[J].中小学实验与装备，2016，26（1）：12-14.

[3]刘欣卓.“通用技术”理念在物理教学中的应用研究（哈尔滨师范大学，黑龙江哈尔滨150025）   2018.01总第482期自然科学

[4]刘丽波.高中物理教学与通用技术实践融合的初步探讨（江苏省启东中学）