研究性学习与学科教学整合的一次尝试——“简易游标卡尺的制作”研究性学习案例

项其杰

(江苏省太仓高级中学 江苏 苏州 215411)

游标卡尺的使用与读数一直都是高中物理教学的重点和难点，在历届高考中经常出现，但学生的得分率却不甚理想.究其原因，一方面在于很多学生只是死记各种分度游标卡尺的精确度和读数公式，对测微原理的理解不够深刻；另一方面，由于客观条件的限制，很多学生只是在新授课时才有机会真正接触到游标卡尺(而且中学物理实验室里通常只有20分度的)，后期虽也可能会在习题中遇到，但由于没有实际使用的机会，缺乏必要的体验，其效果往往远远达不到预期.

针对这一现状，在实际教学过程中，笔者试着将这一重难点知识与学校的研究性学习课程结合起来，将它变成一个小的研究课题，给学生提供更充分的研究时间和空间，让他们有机会获得更丰富的体验，学生的认识得到了深化，取得了较好的教学效果.

下面，以“简易游标卡尺的制作”研究性学习课题其中一节研究课为例，重点呈现几个研究片断，与同行们分享.

1 展示小组毛坯作品 在交流评价中发现问题

在本节之前一节课的研究中，学生已经初步了解了10分度游标卡尺的测微原理，并开始以研究性学习小组为单位，着手制作一把简易的、精确度为0.1 mm的游标卡尺.本节课上，笔者首先选择了3个不同小组的成员代表来展示他们的毛坯作品(分别如图1，图2，图3所示)，重点是介绍制作过程及测微原理.

图1 按照1∶1制作的游标卡尺

图2 按照1∶10制作的游标卡尺

图3 按照1∶30制作的游标卡尺

在随后的交流评价环节，学生发现了如下问题.

学生甲：图1中对应的小组成员是按照1∶1的比例进行制作的，对于测微原理的描述很清楚，但游标尺上每小格长度0.9 mm，他们无法用普通的刻度尺将该长度准确画出，再加上他们所使用的水笔线条较粗，在画线时也会产生一定的误差.

学生乙：图2和图3中对应的小组成员在制作游标卡尺时应该是考虑到了图1中0.9 mm这一长度无法用普通刻度尺准确画出这个问题，他们分别按照1∶10和1∶30的比例进行了放大，这样一来所画刻度虽然相对准确，但是由于进行了放大，当游标尺上第1根刻度线与上面某条刻度线对齐时，实际对应的长度已然不是0.1 mm，而是1 mm和3 mm，这就意味着这两把尺的精确度也相应放大了10倍和30倍，此时还比不上普通刻度尺的测量精度呢，因此，这两把尺不具备实用价值，无法进行实际测量.

2 提出初步解决方案 在二次制作中加以验证

在学生进行了充分的交流评价的基础上，教师适时抛出问题进行小组讨论：看来，如果要做出一把能够实际使用(即比例为1∶1)的游标卡尺，我们需要重点解决的问题就是如何比较准确地画好游标尺的刻度线，你们能想出哪些解决方案呢？

小组讨论热烈地进行，教师参与各小组的讨论，适当给予指导.

学生丙：我觉得关键在于如何把游标尺上9 mm的总长度均分成10份.

学生丁：最好用铅笔画，因为铅笔头可以尽量削得尖一些.

学生戊：我觉得可以用电脑画，利用电脑上面的“均分行”功能，只要把10行的总长度设置成9 mm，这样打印出来就能保证游标尺上每小格长度都是0.9 mm了.(全班同学禁不住开始热烈的鼓掌)

学生己：用电脑画线时要注意尽量把线条的“磅值”选得小一点，这其实就跟刚才有同学提到的铅笔头要尽量削得尖一些的道理一样.(又是一阵热烈的鼓掌)

如图4所示，是通过电脑上“均分行”功能制作后打印出来的游标尺，上面放了一把刻度尺以进行比较，刻度完全符合预期，打印出来的游标尺只要加以裁剪，就可供多个学习小组使用.主尺也用同样的方法打印了多条供学生使用，图5所示为教师正在对学生的二次制作过程进行指导.

图4 通过电脑上“均分行”功能制作后打印出的游标尺

图5 教师正在对学生的二次制作过程进行指导

3 展示二次制作作品 在交流分享中不断完善

如图6所示，为某小组的二次作品展示，因测微原理已不必再重复，该小组代表更侧重于介绍制作时的注意点：(1)主尺上刻度线最好像平时使用的刻度尺那样每到5 mm处线条画得稍长一些，每到整厘米处更长一些，这样便于确认读数；(2)游标尺的总长度较小，游标尺上刻度若从0到10依次标注的话，根本标不下，而且看起来不够清楚，只需标出0,5,10这3个刻度即可.

图6 某小组的二次作品展示

其他小组及时进行了补充，积极与大家分享各自小组的制作体会.

学生庚：主尺和游标尺的两张纸带太软，可以将其粘贴到硬一点的纸板上.

学生辛：粘贴的时候要注意使主尺和游标尺的边界线最终能紧靠到一起，这样更有助于确认游标尺上第几根刻度线与主尺上的某个刻度线的重合情况.

学生壬：我是看过教材后受到一些启发，我们可以在游标尺的背面加个细长的硬纸条，这样就可以用来测量深度；如果加上相应的测量爪，还可以测量内径和外径.

……

4 引发更深层次思考 在思维碰撞中深化认识

对于图6所示的游标卡尺，经完善后可以用来进行实际测量，从而进一步帮助学生巩固读数的方法及注意点，学生也从中获得了充分的体验和巨大的成就感.不过，由于该尺游标尺上的刻度线比较密集，学生在实际使用过程中不时会出现不易看出到底是游标尺上第几根刻度线与主尺上的某根刻度线对齐的情况，由此可以引发学生更深层次的思考：能否让游标尺的总长更大一些，而又不改变整把尺的测量精度呢？

经过小组讨论、教材研究、资料查阅等一系列活动，在后续的研究性学习课上，学生提出了可将游标尺上10小格的总长度制作成19 mm或者29 mm等方案，并在课堂上进行了第三次制作以及作品的展示交流.同时，对于如何进一步提高游标卡尺的精确度这个问题也进行了探讨，在不断的思维碰撞中深化了对游标卡尺的认识.

5 结束语

研究性学习强调尊重学生的自主性，珍视学生的感受、体验和理解，鼓励学生去发现问题、探究解决问题的方法.将研究性学习和学科教学进行整合，其实就是一个以研究性学习方式为核心，以课堂教学为载体，重新构建常规学科教学的过程.它深刻地反映了当前课程改革的特点，必将有力地促进学科核心素养的提高.