摘要：本文強調(diào)了課程綜合性和實踐性，建議教師積極開展主題化、項目式學習等綜合性的教學活動，促進學生舉一反三、融會貫通的能力，注重知識間的內(nèi)在關聯(lián)，促進知識結構化。本文在物理與工程視角下以“簡單機械”章末復習為例，通過古人“深井采鹽的原理和改進”的例子，將杠桿、滑輪、機械效率3個小節(jié)知識串聯(lián)，探索跨學科物理與工程單元主題教學復習，促進知識的內(nèi)化提升與學生素養(yǎng)的發(fā)展。

關鍵詞：物理與工程；跨學科；簡單機械

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱為《課程標準》）中有物質、運動和相互作用、能量、實驗探究、跨學科實踐五個一級主題的課程內(nèi)容。［1］新增課程內(nèi)容“跨學科實踐”一級主題，要求內(nèi)容含物理學與日常生活、物理學與工程實踐、物理學與社會發(fā)展三個二級主題?！拔锢韺W與工程實踐”是跨學科實踐的重要內(nèi)容，物理與工程技術的發(fā)展對人類文明的發(fā)展進步起重要作用。通過物理學與工程實踐跨學科主題實踐活動，發(fā)展學生跨學科運用知識分析和解決問題的綜合能力，培養(yǎng)學生積極認真的學習態(tài)度和樂于實踐、敢于創(chuàng)新的精神。

1物理與工程

《課程標準》中對物理學與工程實踐的內(nèi)容要求為“5.2.1 了解我國古代的技術應用案例，體會我國古代科技對人類文明發(fā)展的促進作用”“5.2.2 調(diào)查物理學應用于工程技術的案例，體會物理學對工程技術發(fā)展的促進作用”“了解物理學在信息技術中的應用”。［2］章節(jié)活動建議學生查閱資料，了解人類利用機械的大致歷程，并與同學進行交流，了解我國古代水磨、水碓等機械，寫一篇弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的調(diào)查報告。因此，按照《課程標準》的內(nèi)容要求，我們要通過對教材進行深入的研讀、分析和整理，歸納出物理學與工程的相關素材，將素材整理為跨學科教學活動的教學資源。

2物理與工程視角下簡單機械章末復習——以“深井采鹽的原理和改進”為例

2.1教材分析

課題來源于人教版初中物理八年級下冊第十二章“簡單機械”，本章以簡單機械知識為主線，讓學生綜合運用已經(jīng)學過的簡單機械相關概念來進行梳理。［3］這是本章全部內(nèi)容，側重讓學生了解影響機械效率的因素，知道和簡單機械相關的生活現(xiàn)象，進行簡單機械的計算。學生在實驗的引領下，通過探究性學習和合作學習來學習知識。

簡單機械的知識在生活中已經(jīng)被廣泛應用，是學習物理必須掌握的基礎知識。教師將其與生活緊密聯(lián)系，是物理教學中一項重要任務和內(nèi)容，也是物理核心素養(yǎng)重要體現(xiàn)。簡單機械知識這一章內(nèi)容要求學生能通過杠桿平衡的公式進行計算，用不同的公式對機械效率各個知識點進行合理的辨析，運用以前學習過的各個簡單機械的相關知識作為鋪墊，從而為機械效率實驗設計打下良好的基礎。為了增加學生的生活知識、提高其應用知識以及動手能力，學好本章知識是非常必要的。

2.2學情分析

學生當前的學習情況如表1所示。

2.3教學目標

本文制定的教學目標如表2所示。

2.4教學過程（活動）

2.4.1第一環(huán)節(jié)：創(chuàng)設情境、導入新課

教學內(nèi)容：通過深井采鹽的視頻引入新課。

首先通過“生活中常見的物品——井鹽是如何開采的？”這一問題激發(fā)學習興趣，同時給學生設置懸念，引導學生進行大膽猜想古人是如何進行采鹽的。然后通過視頻引領學生走進古人采鹽的世界，向學生介紹一種古代深井采鹽的方式——沖擊式頓鉆法。接下來的課程就以以此法開采的世界第一口人工開采超千米的深井——燊海井為例，讓學生觀看視頻了解燊海井并分析其中所涉及的物理知識。燊海井（又稱桑海井、燊海井古法制鹽遺址）位于四川省自貢市大安區(qū)大安街289號，占地面積3畝，井位海拔341.4m。燊海井開鑿于清代道光三年（1823年），鑿成于道光十五年（1835年），采用沖擊式頓鉆法進行開掘。

鑿成時井深100142m，隨后幾經(jīng)加深達到現(xiàn)井深1100m，由碓房、大車房、汲鹵筒和灶房等構成。燊海井是世界第一口人工開采超千米深井，

部分圖片如圖1所示。

設計意圖：引導學生掌握有效的學習方法，激發(fā)學生學習興趣。

跨學科（物理與工程）：通過視頻，讓學生了解古代物理與工程的密切聯(lián)系。燊海井鉆深突破了一千米，創(chuàng)造了當時世界深井之最，并且地面各種設施保存至今，不僅是中國優(yōu)秀科技文化遺產(chǎn)的重要組成部分，也是世界科技文化遺產(chǎn)中的一個重要的組成部分。燊海井的創(chuàng)建和遺存，為研究中國古代鉆探科技史及經(jīng)濟史提供了重要的實物資料，同時也為總結和研究世界鉆井史、礦業(yè)史和科技史提供了重要的實物和史料。

2.4.2第二環(huán)節(jié)：采鹽的流程分析，構建簡單機械的知識框架

教學內(nèi)容：介紹深井采鹽的四個步驟：鉆孔、汲鹵、輸鹵、煮鹵。

步驟1：鉆孔。

如圖2所示，碓架上的人踩動銼頭，思考銼頭為何能在上下運動中打碎巖石？

學生活動：通過觀看視頻，教師分析此過程所涉及的物理模型。在此過程中，錐板在人的重力的作用下圍繞支點上下運動，其本質就是一個杠桿模型。為了搞清楚此杠桿的原理，需要溫習杠桿的相關知識，支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂以及杠桿平衡的條件F1l1＝F2l2。接下來讓學生自主分析此過程的杠桿知識，畫出錐板的支點、動力、動力臂、阻力、阻力臂并分析錐板是如何保持平衡的。

強化練習：請作出如圖3所示的動力臂和阻力臂。歸納總結作力臂的方法，①找支點；②確定動力、阻力作用線；③從支點作動力、阻力作用線的垂線；④標垂足，畫力臂；⑤標記動力臂、阻力臂。

步驟2：汲鹵。

把栓有汲鹵桶的繩子一圈一圈纏繞到大車上，通過天車使用牛車便能輕松拉動，如圖4所示。結合視頻討論分析，此裝置是如何汲鹵的？圖中紅色圈內(nèi)的部分有什么作用？畫出機械模型，簡要分析。

學生活動：通過功能分析，與我們所講的機械模型（見圖5）進行匹配和歸納，左邊部分的作用是將豎直方向的繩子轉化為水平方向，根本作用就是改變力的方向，相當于定滑輪。讓學生通過實驗和理論兩方面進行探究定滑輪除了改變力的方向以外，能否省力。最終歸納出定滑輪是一個等臂杠桿，只能改變力的方向，不能省力。同樣，引導學生分析右邊部分的模型，右邊部分模型能夠省力，此部分相當于是一個動滑輪，省力但不能改變力的方向。結合兩者的優(yōu)點，我們便發(fā)明了既能改變力的方向，又能省力的機械，這就是滑輪組。

步驟3：輸鹵

使用鹵水車將鹵水送到更高的鹵架上，用竹管運輸?shù)皆罘?，如圖6所示。此裝置的原理是什么？它的優(yōu)點是什么？

學生活動：觀察圖片，認真分析可知，這些裝置都和連通器一樣。利用連通器輸送鹵水，既能節(jié)約能源還能減少鹵水在流動過程中的蒸發(fā)損耗，直接把高處的鹵水輸送到較低位置，為下一步處理鹵水做準備。

步驟4：煮鹵

把高濃度的鹵水輸送到大鍋里，進行高溫蒸發(fā)。思考此裝置的作用是什么？

學生活動：結合視頻，分析可知此裝置是利用深井中開采出來的天然氣對鹵水進行加熱、蒸發(fā)、結晶，從而得到高純度的井鹽。

設計意圖：通過教師引導、學生主導的方式，借助古代深井采鹽的工程案例完成簡單機械基本概念的復習。通過實物視頻展示，使學生的感受更為直觀和真實，同時讓學生感受到物理來源于生活，物理服務于生活的宗旨。

跨學科（物理與工程）：此環(huán)節(jié)涉及鉆孔、汲鹵、輸鹵、煮鹵四個步驟，每個步驟都蘊含著豐富的物理學科知識。應用物理知識解決生活生產(chǎn)中的工程技術問題，不僅能夠事半功倍，還體現(xiàn)了古人智慧和利用科學規(guī)律改變生活現(xiàn)狀的情景。

2.4.3第三環(huán)節(jié)：歸納分析，總結流程

教學內(nèi)容：引入實驗，深入探討深井采鹽的問題，并為實驗活動進行設計，進一步使學生們在生活中運用物理，聯(lián)系生活實際，充分讓學生成為課堂復習的主角。

設計意圖：幫助學生通過觀察自行總結出深井采鹽的四個流程，培養(yǎng)學生的總結能力和概括能力。

跨學科（物理與工程）：通過實驗深入探究杠桿平衡條件及其應用，以及滑輪組在生活生產(chǎn)中的運用。

2.4.4第四環(huán)節(jié)：挖掘問題、優(yōu)化流程

教學內(nèi)容：學習古人的智慧，使學生了解古人操作的緣由。在了解和分析古代采鹽流程后，對本流程中的一系列操作存在的問題提出意見并提出優(yōu)化措施。比如，如何提高此套裝置的效率？通過回憶機械效率與哪些因素有關，改變這些因素來提高機械效率。再例如，此套裝置如何才能更省力？讓學生通過實驗裝置進行模擬，最終實驗、討論、總結得出正確答案。使學生在快樂的游戲活動中享受樂趣，同時悟出物理原理的精彩。通過小組合作探究和設計實驗，激發(fā)學生的思維能力和動手能力。自我反思不足，激勵每一位學子努力前行，體驗與思維開發(fā)并存，讓學生真正體驗“做中學”。

設計意圖：讓學生通過實驗體驗“做中學”，激發(fā)思維。學生真正體驗“做中學”，不僅鞏固與簡單機械相關的知識，更培養(yǎng)學生敢于質疑的精神和發(fā)散性思維。做到“思維與表達并存，現(xiàn)象與原理同在”，體現(xiàn)應用物理知識解決實際問題，達成和拓展教學的目標。

跨學科（物理與工程）：探索機械的發(fā)展、使用以及改進，了解其對改變?nèi)藗兩詈蜕鐣l(fā)展的重大影響。

2.4.5第五環(huán)節(jié)：布置作業(yè)

教學內(nèi)容：讓學生留心觀察生活，列舉出三個與簡單機械相關的實例，并解釋其中的原因。真正讓物理從知識走向生活，課后作業(yè)成為本次課的延伸和拓展。

設計意圖：通過分析現(xiàn)實生活中的例子來鞏固簡單機械相關的知識點，讓學生將知識聯(lián)系生活，認真觀察生活，讓知識得以延伸與鞏固。

跨學科（物理與工程）：設計制作桿秤或滑輪組的創(chuàng)新組合，各小組展示交流分享。

3教學反思

本節(jié)課基本的思路是用深井采鹽活動做“引子”讓學生自主探究。教師應重點引導學生打開他們的思路，使學生能大膽猜想，發(fā)散思維設計實驗。對于學生的實驗，教師要鼓勵和引導他們，使其想法盡量合理。但在探究過程中，教師要保持良好的引導，既不能失控，也不能出現(xiàn)包辦的現(xiàn)象。就實驗現(xiàn)象發(fā)問成為探究的更高層次。器材來源于隨處可見物品，課后也可以進行，成為本次課的延伸和拓展。課程設計上，運用問題解決模式，以學生的感性認識作為出發(fā)點，在教師所提出的循序漸進的問題引導下，學生自主展開探究。只有這樣才能讓學生成為學習的主體，也能充分發(fā)揮教師的主導作用。

本節(jié)課應用多媒體技術和投屏輔助教學的功能，讓學生充分了解簡單機械實驗和計算等內(nèi)容。本節(jié)課設計幾個學生討論的環(huán)節(jié)，目的在于讓學生在交流中學習，讓別人的智慧啟發(fā)自己，從而進行有效的合作學習。最后，通過“設計制作桿秤或滑輪組的創(chuàng)新組合”的運用環(huán)節(jié)，讓學生利用自己已經(jīng)學習過的知識，結合新學習的知識來解決問題，并且能表述出來。這在知識學習過程中是非常必要，也是非常重要的。

參考文獻

［1］ ［2］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：8，35．

［3］ 人民教育出版社課程教材研究所課程研究開發(fā)中心義務教育教科書物理物理八年級下冊［M］.北京：人民教育出版社，2012：75-85．

**基金項目：本文系2023年貴州省教育科學規(guī)劃重點課題“基于‘PBL’教學法初中物理跨學科教學的實踐研究”（課題編號：2023A033）、2023年貴州省教育科學規(guī)劃一般課題“基于LACID理論的高中生物學跨學科學習活動設計與實踐研究”（課題編號：2023B127）、2023年畢節(jié)市教育科學規(guī)劃課題“科學教育‘加法’助推‘雙減’的實踐研究”（課題編號：2023B017）及2024年度貴州省民族地區(qū)專項課題“基于STEAM的初中物理科學探究素養(yǎng)培養(yǎng)的實踐研究”（課題編號：M24041）階段性研究成果。