物理与工程视角下简单机械章末复习

摘要：本文强调了课程综合性和实践性，建议教师积极开展主题化、项目式学习等综合性的教学活动，促进学生举一反三、融会贯通的能力，注重知识间的内在关联，促进知识结构化。本文在物理与工程视角下以“简单机械”章末复习为例，通过古人“深井采盐的原理和改进”的例子，将杠杆、滑轮、机械效率3个小节知识串联，探索跨学科物理与工程单元主题教学复习，促进知识的内化提升与学生素养的发展。

关键词：物理与工程；跨学科；简单机械

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称为《课程标准》）中有物质、运动和相互作用、能量、实验探究、跨学科实践五个一级主题的课程内容。［1］新增课程内容“跨学科实践”一级主题，要求内容含物理学与日常生活、物理学与工程实践、物理学与社会发展三个二级主题。“物理学与工程实践”是跨学科实践的重要内容，物理与工程技术的发展对人类文明的发展进步起重要作用。通过物理学与工程实践跨学科主题实践活动，发展学生跨学科运用知识分析和解决问题的综合能力，培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神。

1物理与工程

《课程标准》中对物理学与工程实践的内容要求为“5.2.1 了解我国古代的技术应用案例，体会我国古代科技对人类文明发展的促进作用”“5.2.2 调查物理学应用于工程技术的案例，体会物理学对工程技术发展的促进作用”“了解物理学在信息技术中的应用”。［2］章节活动建议学生查阅资料，了解人类利用机械的大致历程，并与同学进行交流，了解我国古代水磨、水碓等机械，写一篇弘扬中华优秀传统文化的调查报告。因此，按照《课程标准》的内容要求，我们要通过对教材进行深入的研读、分析和整理，归纳出物理学与工程的相关素材，将素材整理为跨学科教学活动的教学资源。

2物理与工程视角下简单机械章末复习——以“深井采盐的原理和改进”为例

2.1教材分析

课题来源于人教版初中物理八年级下册第十二章“简单机械”，本章以简单机械知识为主线，让学生综合运用已经学过的简单机械相关概念来进行梳理。［3］这是本章全部内容，侧重让学生了解影响机械效率的因素，知道和简单机械相关的生活现象，进行简单机械的计算。学生在实验的引领下，通过探究性学习和合作学习来学习知识。

简单机械的知识在生活中已经被广泛应用，是学习物理必须掌握的基础知识。教师将其与生活紧密联系，是物理教学中一项重要任务和内容，也是物理核心素养重要体现。简单机械知识这一章内容要求学生能通过杠杆平衡的公式进行计算，用不同的公式对机械效率各个知识点进行合理的辨析，运用以前学习过的各个简单机械的相关知识作为铺垫，从而为机械效率实验设计打下良好的基础。为了增加学生的生活知识、提高其应用知识以及动手能力，学好本章知识是非常必要的。

2.2学情分析

学生当前的学习情况如表1所示。

2.3教学目标

本文制定的教学目标如表2所示。

2.4教学过程（活动）

2.4.1第一环节：创设情境、导入新课

教学内容：通过深井采盐的视频引入新课。

首先通过“生活中常见的物品——井盐是如何开采的？”这一问题激发学习兴趣，同时给学生设置悬念，引导学生进行大胆猜想古人是如何进行采盐的。然后通过视频引领学生走进古人采盐的世界，向学生介绍一种古代深井采盐的方式——冲击式顿钻法。接下来的课程就以以此法开采的世界第一口人工开采超千米的深井——燊海井为例，让学生观看视频了解燊海井并分析其中所涉及的物理知识。燊海井（又称桑海井、燊海井古法制盐遗址）位于四川省自贡市大安区大安街289号，占地面积3亩，井位海拔341.4m。燊海井开凿于清代道光三年（1823年），凿成于道光十五年（1835年），采用冲击式顿钻法进行开掘。

凿成时井深100142m，随后几经加深达到现井深1100m，由碓房、大车房、汲卤筒和灶房等构成。燊海井是世界第一口人工开采超千米深井，

部分图片如图1所示。

设计意图：引导学生掌握有效的学习方法，激发学生学习兴趣。

跨学科（物理与工程）：通过视频，让学生了解古代物理与工程的密切联系。燊海井钻深突破了一千米，创造了当时世界深井之最，并且地面各种设施保存至今，不仅是中国优秀科技文化遗产的重要组成部分，也是世界科技文化遗产中的一个重要的组成部分。燊海井的创建和遗存，为研究中国古代钻探科技史及经济史提供了重要的实物资料，同时也为总结和研究世界钻井史、矿业史和科技史提供了重要的实物和史料。

2.4.2第二环节：采盐的流程分析，构建简单机械的知识框架

教学内容：介绍深井采盐的四个步骤：钻孔、汲卤、输卤、煮卤。

步骤1：钻孔。

如图2所示，碓架上的人踩动锉头，思考锉头为何能在上下运动中打碎岩石？

学生活动：通过观看视频，教师分析此过程所涉及的物理模型。在此过程中，锥板在人的重力的作用下围绕支点上下运动，其本质就是一个杠杆模型。为了搞清楚此杠杆的原理，需要温习杠杆的相关知识，支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂以及杠杆平衡的条件F1l1＝F2l2。接下来让学生自主分析此过程的杠杆知识，画出锥板的支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂并分析锥板是如何保持平衡的。

强化练习：请作出如图3所示的动力臂和阻力臂。归纳总结作力臂的方法，①找支点；②确定动力、阻力作用线；③从支点作动力、阻力作用线的垂线；④标垂足，画力臂；⑤标记动力臂、阻力臂。

步骤2：汲卤。

把栓有汲卤桶的绳子一圈一圈缠绕到大车上，通过天车使用牛车便能轻松拉动，如图4所示。结合视频讨论分析，此装置是如何汲卤的？图中红色圈内的部分有什么作用？画出机械模型，简要分析。

学生活动：通过功能分析，与我们所讲的机械模型（见图5）进行匹配和归纳，左边部分的作用是将竖直方向的绳子转化为水平方向，根本作用就是改变力的方向，相当于定滑轮。让学生通过实验和理论两方面进行探究定滑轮除了改变力的方向以外，能否省力。最终归纳出定滑轮是一个等臂杠杆，只能改变力的方向，不能省力。同样，引导学生分析右边部分的模型，右边部分模型能够省力，此部分相当于是一个动滑轮，省力但不能改变力的方向。结合两者的优点，我们便发明了既能改变力的方向，又能省力的机械，这就是滑轮组。

步骤3：输卤

使用卤水车将卤水送到更高的卤架上，用竹管运输到灶房，如图6所示。此装置的原理是什么？它的优点是什么？

学生活动：观察图片，认真分析可知，这些装置都和连通器一样。利用连通器输送卤水，既能节约能源还能减少卤水在流动过程中的蒸发损耗，直接把高处的卤水输送到较低位置，为下一步处理卤水做准备。

步骤4：煮卤

把高浓度的卤水输送到大锅里，进行高温蒸发。思考此装置的作用是什么？

学生活动：结合视频，分析可知此装置是利用深井中开采出来的天然气对卤水进行加热、蒸发、结晶，从而得到高纯度的井盐。

设计意图：通过教师引导、学生主导的方式，借助古代深井采盐的工程案例完成简单机械基本概念的复习。通过实物视频展示，使学生的感受更为直观和真实，同时让学生感受到物理来源于生活，物理服务于生活的宗旨。

跨学科（物理与工程）：此环节涉及钻孔、汲卤、输卤、煮卤四个步骤，每个步骤都蕴含着丰富的物理学科知识。应用物理知识解决生活生产中的工程技术问题，不仅能够事半功倍，还体现了古人智慧和利用科学规律改变生活现状的情景。

2.4.3第三环节：归纳分析，总结流程

教学内容：引入实验，深入探讨深井采盐的问题，并为实验活动进行设计，进一步使学生们在生活中运用物理，联系生活实际，充分让学生成为课堂复习的主角。

设计意图：帮助学生通过观察自行总结出深井采盐的四个流程，培养学生的总结能力和概括能力。

跨学科（物理与工程）：通过实验深入探究杠杆平衡条件及其应用，以及滑轮组在生活生产中的运用。

2.4.4第四环节：挖掘问题、优化流程

教学内容：学习古人的智慧，使学生了解古人操作的缘由。在了解和分析古代采盐流程后，对本流程中的一系列操作存在的问题提出意见并提出优化措施。比如，如何提高此套装置的效率？通过回忆机械效率与哪些因素有关，改变这些因素来提高机械效率。再例如，此套装置如何才能更省力？让学生通过实验装置进行模拟，最终实验、讨论、总结得出正确答案。使学生在快乐的游戏活动中享受乐趣，同时悟出物理原理的精彩。通过小组合作探究和设计实验，激发学生的思维能力和动手能力。自我反思不足，激励每一位学子努力前行，体验与思维开发并存，让学生真正体验“做中学”。

设计意图：让学生通过实验体验“做中学”，激发思维。学生真正体验“做中学”，不仅巩固与简单机械相关的知识，更培养学生敢于质疑的精神和发散性思维。做到“思维与表达并存，现象与原理同在”，体现应用物理知识解决实际问题，达成和拓展教学的目标。

跨学科（物理与工程）：探索机械的发展、使用以及改进，了解其对改变人们生活和社会发展的重大影响。

2.4.5第五环节：布置作业

教学内容：让学生留心观察生活，列举出三个与简单机械相关的实例，并解释其中的原因。真正让物理从知识走向生活，课后作业成为本次课的延伸和拓展。

设计意图：通过分析现实生活中的例子来巩固简单机械相关的知识点，让学生将知识联系生活，认真观察生活，让知识得以延伸与巩固。

跨学科（物理与工程）：设计制作杆秤或滑轮组的创新组合，各小组展示交流分享。

3教学反思

本节课基本的思路是用深井采盐活动做“引子”让学生自主探究。教师应重点引导学生打开他们的思路，使学生能大胆猜想，发散思维设计实验。对于学生的实验，教师要鼓励和引导他们，使其想法尽量合理。但在探究过程中，教师要保持良好的引导，既不能失控，也不能出现包办的现象。就实验现象发问成为探究的更高层次。器材来源于随处可见物品，课后也可以进行，成为本次课的延伸和拓展。课程设计上，运用问题解决模式，以学生的感性认识作为出发点，在教师所提出的循序渐进的问题引导下，学生自主展开探究。只有这样才能让学生成为学习的主体，也能充分发挥教师的主导作用。

本节课应用多媒体技术和投屏辅助教学的功能，让学生充分了解简单机械实验和计算等内容。本节课设计几个学生讨论的环节，目的在于让学生在交流中学习，让别人的智慧启发自己，从而进行有效的合作学习。最后，通过“设计制作杆秤或滑轮组的创新组合”的运用环节，让学生利用自己已经学习过的知识，结合新学习的知识来解决问题，并且能表述出来。这在知识学习过程中是非常必要，也是非常重要的。

参考文献

［1］ ［2］中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022：8，35．

［3］ 人民教育出版社课程教材研究所课程研究开发中心义务教育教科书物理物理八年级下册［M］.北京：人民教育出版社，2012：75-85．

**基金项目：本文系2023年贵州省教育科学规划重点课题“基于‘PBL’教学法初中物理跨学科教学的实践研究”（课题编号：2023A033）、2023年贵州省教育科学规划一般课题“基于LACID理论的高中生物学跨学科学习活动设计与实践研究”（课题编号：2023B127）、2023年毕节市教育科学规划课题“科学教育‘加法’助推‘双减’的实践研究”（课题编号：2023B017）及2024年度贵州省民族地区专项课题“基于STEAM的初中物理科学探究素养培养的实践研究”（课题编号：M24041）阶段性研究成果。