基于项目式学习的初中物理综合实践活动——以“杆秤制作”为例.pdf

18实验教学中小学实验与装备2 0 2 3年第4期第33卷基于项目式学习的初中物理综合实践活动以“杆秤制作”为例江苏省丹阳市教师发展中心(2 12 30 0)江苏省丹阳市第八中学(2 12 30 0)摘要：项目式学习与初中物理综合实践活动相结合，是广大物理教师面对的一项新课题，需要教师在现有教材的基础上，充分挖掘素材，培养学生的自主能力、创新意识和实践能力。本文以杆秤的制作为例，从产品的设计与制作、问题、评价等多个方面进行探讨。关键词：项目式；综合实践；杆秤景景左振军新课标“物理学与社会发展”项目中强调要为“我国古代科技发明感到自豪，能体会物理学对人类生活、工程实践和社会发展的影响”。杆秤属于非物质文化遗产，历史悠久，所涉及的知识点包含了物理9 年级上册所学的杠杆平衡，以及相关的数学知识。本课是一节研究性学习课程,学生仅凭已有知识难以理解本节教学内容,在课堂教学前,笔者做了三方面的工作：重温杠杆有关知识；打印相关学术论文，作为研究资料，发放给每位学生；学生课前尝试自制杆秤，提出自制过程中遇到的问题，自主查找答案。1杆秤原理及制作方法原理:杆秤是秤的一种,是利用杠杆原理来称物体质量的简易衡器，由木制的带有秤星的秤杆、金属秤锤、提纽等组成。制作方法：杆秤是一门极其讲究的手艺，在我国已有2 0 0 0 多年的制作历史，手艺人将杆秤的制作技术世代相传。先“车”：在红木秤杆的雏形上，用模具打上精准的刻度，车钻沾油，依照标好的印记车出一个个小孔；再“钉”：将铝丝嵌人孔中,剪断磨平,这便是秤上点点秤花的来源,秤杆擦油，人木三分，所过之处，变得油亮精致,秤花闪着银色的光；后“校”：校准过的秤，秤杆都会微微翘起，意思商家不少秤，买家多得点，买卖两家不吃亏。2项目研究2.1项目一：杆秤的设计与制作杆秤的构造如图1所示。刻度秤杆秤碗图1杆秤的构造杆秤的制作步骤：做秤杆：选取1根硬棒（如竹筷或木棍），用砂纸打磨光滑；挂秤盘：取1个小容器（如纸杯或小盘），系上细绳，固定在秤杆的一边；系提纽：在离秤盘一定位置处系上绳子；选秤碗：可选用金属螺母、锁或者码系上细绳制成秤碗；标零线（即“定盘星”）：手拉提纽，移动秤碗,使秤杆处于水平位置平衡,在秤碗所挂位置标上“0 ；定刻度：将标准重物（如5 0 g）放在秤盘内，移动秤碗使得杆秤平衡，在秤杆上记下秤砭的位置，标上标记,并标上刻度线。以零刻度线到该点的距离为标准线段，对秤杆进行平均分段，标出相应的刻度；试一试：利用自制的杆秤测量物体的质量，与市面上电子秤测得的质量进行比较；提纽?一秤盘(秤钩)基金项目：本文系江苏省中小学教学研究课题第十四期立项课题“指向初中学校高品质发展的智勤学校文化建设研究”（课题编号：2021JY14-L151)的阶段性成果第33卷误差分析：思考自制杆秤所测数据有误差的原因。2.2项目二：实践中寻找待研究的新问题在家长和老师的指导下,学生均可完成杆秤的制作,根据学生的反馈，在自制的过程中主要有以下几点问题。2.2.1如何确定杆秤的零刻度线位置杆秤的制作往往会出现以下3种现象：秤杆的重心分别在提纽的左侧、提纽处和提纽的右侧,根据杠杆平衡条件，秤悬挂点的位置（零刻度线处)应分别放在提纽的右侧（如图2）、提纽处（如图3)和提纽的左侧（如图4）。0图2 零刻度线在提纽右侧图4零刻度线在提纽左侧2.2.2杆秤刻度是否均匀确定零刻度线后,就要校正杆秤标注刻度。从实际的杆秤来看,它的刻度是均匀的,我们该如何证明呢？如图5 所示，0 点为轻质杆秤支点（即“提纽点）,A点为秤盘的作用点,秤盘的重力为G，杆秤的重心在提纽的右侧。0Go图5 杆称的重心在提纽右侧先确定杆秤零刻度线（即“定盘星”），在不挂任何物体时,移动秤碗（质量为m）在杆秤上的位置,直到杆秤在水平位置平衡（此时B为零刻度线处）,如图6 所示,秤的质量为m1,重力为Gi,根据杠杆平衡条件得：Golo=G,loBB0GoG图6 B为零刻度线处在杆秤的秤盘上放人重物,重物质量为，时，如图7 所示，秤碗向零刻度线B以外移动距离为L,此时杆秤刚好平衡，由杠杆平衡条件得：中小学实验与装备2 0 2 3年第4期A0Go图7 放入重物将(1)代人(2)中,可得：G,loA=G,LGm.gL=0A山山设k=-，当支点O和秤碗G，固定后，k为定ml值,于是可将(4)式变为：图3零刻度线在提纽处这时秤砭距零刻度线处的距离L与所称物体的质量成正比,所以杆秤的刻度是均匀的.课后思考 思考1:如果不是轻质杆秤,刻度是否均匀呢？思考2：如果杆秤的粗细也不是均匀的,刻度是否均匀呢?2.2.3如何标注杆秤刻度(1)等距离法 2 在秤盘上放5 0 g码,移动秤碗,使秤杆在水平位置处于平衡状态,如图8 所示,在秤砭所挂的位置C处标上5 0 g,在杆秤上刻出零刻度线至C处等距离的刻度，依次标上示数10 0 g、15 0 g、2 0 0 g、2 5 0 g。LLLLA BLOC50g 100g 150g 200g 250g50g图8 等距离法标注杆秤刻度(2)逐个加码法 2 利用杠杆平衡原理确定杆秤的刻度。先在秤盘上放5 0 g物体，移动秤碗，使秤杆在水平位置处于平衡状态，在秤砭所挂的位置标上5 0 g；然后按照同样的方法，在秤盘上依次放10 0 g、15 0 g、2 0 0 g物体,并使杆秤水平平衡，分别在杆秤上刻下相应(1)刻度，按上述方法直到标出所有刻度。2.2.4如何增加杆秤量程在上述“2.2.2 杆秤刻度是否均匀”的研究中，由(5)可知:L-LLmlkml根据推导：当OA减小时，可使杆秤称量更19(Go+G)loA=G,(L+loB)(2)Bk-L口GmxOAmlOAmigmlL=kmx(3)mx(4)(5)(6)20重的物体（市面上的杆秤一般都有两个提纽，称为双提纽杆秤）;当秤蛇质量m，增加时,也可使杆秤称量更重的物体。2.2.5利用杆秤测液体的密度将“杆秤”改装成简易的液体密度秤，在C位置挂上一个空桶,秤碗挂在右侧O点处,杆秤水平平衡，可确定0 点为“密度秤”的零刻度线处。往空桶内分别注入密度已知的等体积的不同液体，改变秤碗悬挂点的位置，当密度秤再次水平平衡时，在秤砭悬挂点处标出相应液体的密度值（如图9 所示)C Aok-L-iBm图9 标注密度秤刻度理论分析：设液体密度为p，液体的体积为V，秤碗的质量为mi,秤碗位置B到零刻度线O处的距离为L,根据杠杆平衡条件可以列式：pVgLAc=migLmlP=VLACL根据上述推导公式，可知密度秤的刻度值分布和量程情况：由于秤碗的质量为m1、液体的体积为V、支点到秤盘悬挂点距离Lc都是固定值，所以“密度秤”的刻度值可均匀标记在OD之间的刻度线上；随着秤砭位置到零刻度线距离L的增大,液体密度值p也会变大，“密度秤”的刻度值向右越来越大；增大秤碗的质量mi，当L取到最大值时，液体的密度值p变大，即增大秤的质量，“密度秤”的量程会增大；将支点A向右移动1格,左侧力臂变大,右侧力臂变小，根据上述计算式，液体的密度值p变小，秤的量程会减小。2.3项目三：作品展示及评价2.3.1项目产品的评价标准学生作品评价表见表1。2.3.2项目产品的展示 3下面选取学生制作的3个典型的杆秤作品进行研究(如图10 12)。对学生作品1进行评价：该作品选用均匀圆柱形红木作为秤杆,在秤杆一端打孔,用粗铁丝围成圆环穿人孔中，用来悬挂秤盘；在铁饼状的秤盘外圈钻3个小孔，用细线绑住，悬挂于粗铁丝圆环中，中小学实验与装备2 0 2 3年第4期评价内容评价指标教育性能正确反映物理现象和(15分)规律，符合物理原理。内容呈现(30分）实用性调一致，易于操作，便于(15 分)推广。创意性设计新颖，构思巧妙，有创意表达(15分)创新意识。(25分)安全性作品原材料无污染，无危(10分）害，确保安全与健康。环保性节约成本，符合勤俭节约D艺术环保(10分）环保原则。(20分)艺术性外形美观，工艺精良，性(10分)能稳定，可视性强。科学性与在造型、色彩搭配上均从科学技术技术性实际出发，做工精致，结(25分）(25分）构合理，精确程度高。总分(7)(8)第33卷表1学生作品评价表班级：姓名：评价标准产品与学习、实验内容协图10 学生作品1图11学生作品2图12 学生作品3秤杆上标有刻度,量程为0 2 0 0 g,分度值为5 0 g，整个杆秤外形美观，制作精美。图中还能看出在秤盘上放了一个5 0%的物体，秤碗悬挂的位置正好也在5 0 g处，可见该作品精度比较高，是一件得分为9 0 分以上的作品。对学生作品2 进行评价：该作品选用光滑较粗的PVC硬塑料管作为秤杆，一端打上2 个小孔,穿填表日期：小组教师评分评分第33卷实验教学中小学实验与装备2 0 2 3年第4期21初中物理虚像概念教学台议湖北省襄阳市第二十九中学（4410 0 2)摘要：由实际光线形成的、能呈现在光屏上的像是实像；不是由实际光线形成的、不能在光屏上呈现只能用眼晴直接看到的像称为虚像。实践表明，较多的初中学生对“虚像不是由实际光线形成的”这一表述感到不可理解。本文希望通过虚像概念教学的分析研究，从学生思维角度和科学认知规律出发，总结出有效的虚像概念教学方法，提出教学改进策略。关键词：虚像；概念教学）王洪刚向定初中物理光学部分“平面镜成像”一节，第一次出现“虚像”的概念。在教学中，学习完新课内容、顺利做完探究实验后，仍然有较多学生持有虚像大小随距离而变化、虚像是由实际光线形成的想法，学生坚信自己由生活实际经验得出的“虚像大小随距离而变化”是正确的，不能理解虚像形成的原因。本文就虚实像概念教学中学生容易出现错误认知的2 个方面：虚像的成因、虚像和物体的大小关系分析如下。1虚像的成因1.1学生的错误理解以下学生易错的3个问题,体现出学生对虚像形成原因的理解有误。问题1：晚上想用平面镜看清晰自已的面部，灯光应该对着平面镜还是对着自已的面部？（错误答案是对着平面镜。）问题2:贴着平面镜背后放一块木板,站在镜前+人细绳作为秤盘的悬挂孔。该作品选用铜质镂空秤盘,秤悬挂位置偏向秤杆的另一端，可知选用秤盘已明显偏重，所称量物体的量程可能不会太大,秤杆上虽然已标有刻度线，但是刻度值未标，是一件得分为8 0 分以上的作品。对学生作品3进行评价：该作品选用一端粗、一端细,重心在粗的一端的黑色不均匀圆柱形细塑料管作为杆秤。选用轻质塑料镂空菜篮作为秤盘,将粗铜丝绕在杆秤上作为提纽环和悬挂秤盘的圆环。所选秤杆较长，做工精美,唯独在秤杆上没有标刻度,无法判断其精度，还需进一步完善，是一件得分为8 0 分以上的作品。4结语项目式学习与初中物理综合实践活动相结合，有利于培养学生的自主能力、创新意识和实践能力,符合新课标理念 4。只是讲授“杠杆平衡条件”等基础知识，学生也只是停留在对跷板、钓鱼竿等常见物品的了解中。对“杆秤”的理解,还停留在“做题”阶段，缺乏知识的深度。学生在杆秤制作中，选材料、查资料，视野得到拓宽，能力得到锻炼。参考文献1中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2 0 2 2年版）M.北京：北京师范大学，2 0 2 2.2】严寒归.基于STEM理论的初中物理课外实践活动：以“杆秤”制作为例J.中学物理教学参考,2 0 2 1,5 0(17):6-8.3彭夷，张倩倩.项目学习：产品的制作与评价一一以综合实践活动“自制杆秤”为例 J.中学物理教学参考，2016,45(07):35-38.【4】黄皓.初中物理综合实践活动课程的探索与实践：以自制杆秤为例J.实验教学与仪器，2 0 14,31（Z1)：13-15.收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 2