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一、关注个体差异和个性特长发展的意义
义务教育物理课程标准课程基本理念的第一条指出：“以学生的终身发展为本，以提高全体学生科学素养为目标，为每个学生的学习与发展提供机会，关注学生的个体差异，使每个学生学习科学的潜能都得到发展。”与以往的物理教学大纲相比，最大差别的关键词是关注“个体差异”、使“每一个学生”都得到发展。
这种变化反映了时代的发展和科学教育观的转变。上世纪70年代后以来，国际科学教育发展的一个重要特点就是从精英教育向大众教育转化，科学教育的目的是培养有科学素养的公民，将科学作为改善个人和社会生活的工具，并强调理解科学与社会的关系。进入21世纪后，我国的经济、社会高速发展，要求教育改革，全面提高公民的科学素养，因此既要面向全体学生，又要关注每一个学生的发展。
关注学生个性发展的教育理念，还基于当代对人的智力本质的研究成果。20世纪80年代后，美国哈佛大学心理学家霍华德等学者提出了“多元智力理论”，这个理论认为，人的智力是多元的，除了数理逻辑智力、语言言语智力外，还有人际交流、视觉空间、身体动觉、音乐节奏、自知自省、自然观察智力等；每一个人都有自己的“智力光谱”，通过各种活动而展示出来，各人的“智力光谱”又都不相同；每一种智力成分都很重要，都可以开发和培养等。因此，从以人为本的教育观出发，必须关注每个人不同的特点和潜能，使每个学生都得到发展。从系统科学的原理来看，“任何系统只有通过相互联系，形成结构，才能发挥整体功能”。社会群体的整体智力，不等于群体所有成员智力的代数和，而是取决于每个人的“智力光谱”及其整体结构。因此，社会需要各有特长的成员形成优化的结构，只有把社会的需要与实现每个人自我价值结合，社会才能和谐、有效发展。
二、科学课程中技术设计的地位和作用
物理作为一门重要的科学课程，以提高每一个学生的科学素养为总目标。科学素养反映现代社会对公民的基本要求和基础教育科学课程的价值取向。它是一个含义广泛的概念，有多方面的内涵，理解科学、技术与社会的关系是科学素养的重要方面。在物理课程中，让学生参与技术设计有关的活动，能使学生更好地认识到科学推动技术进步、技术又推动科学发展的相互关系；社会需求是促进科学、技术发展的强大动力；科学通过技术对人类的物质生活、经济发展和精神文明产生的影响，同时关注技术的负面影响，促进树立可持续发展的观点。让学生参与技术设计有关的活动，还能使学生了解技术设计的一般过程，具有初步的技术设计和评价能力，提高基本的动手能力，促进创新意识和实践能力的发展。
由于物理课程中的技术设计活动与生活、社会联系密切，内容丰富、选择性强，需要以物理知识技能为基础，需要多方面、多层次的能力，需要广泛的合作和交流，因此有利于学生个性特长的发展，也有利于增强学生对物理课程的学习兴趣。
三、案例：设计和制作一个机械模型
【课题背景】
从我们吃饭用的筷子，到航天器使用的机械臂，机械已深入到人类生活的方方面面，无论多么复杂的机械都是由简单机械组成的。我们已经学习过一些简单机械，如杠杆、滑轮、轮轴、斜面等，并知道了它们的原理。请同学们尝试应用学过的知识设计一个机械模型，它是由两个或两个以上的简单机械组合而成的，它应有一定的使用功能，如提高重物、牵引物体前进、完成某些需要的动作等。
（1）调查生活中的各种简单机械的应用，感受技术设计的魅力，增进对科学、技术、社会关系的认识。
（2）应用简单机械的知识，进行机械模型的设计，从而更好地理解或了解有关知识。
（3）通过机械模型的设计、制作过程，经历技术设计的主要流程，提高技术设计和评价的能力。
【课题准备】
（1）通过网络或其他媒体查阅有关简单机械应用的资料，了解历史上和生活中有关机械的发明和应用情况。
（2）在广泛了解生活中各种简单机械应用的基础上，选择一件典型的机械，观察实物和使用情况，了解主要功能、构造（由哪些简单机械组合成的）和原理。
（3）通过上述调查，得到启发，小组成员各提出一个设计项目。然后以小组为单位，讨论确定一个准备设计、制作的机械模型，提出初步的方案，包括设计要求：有哪几种简单机械组成；功能是什么，是提升重物、控制某种机件动作还是牵引物体前进等；有什么特点等。还要提出从哪些方面来评价最后的成果，例如：①所制作的模型是否符合设计要求；②模型的设计是否新颖；③模型的省力情况和机械效率如何；④模型制作的工艺水平；⑤活动成果展示时小组的整体表现。制定这些评价标准可以更好地指导课题的设计和制作。
【设计与制作】
（1）进一步落实设计方案，填写在自己设计的表格中。
（2）准备材料和工具：根据各部件需要的物理性质选取合适的材料，同时考虑加工方便，尽可能选取日常生活中易得的物品，如废弃的可乐瓶、易拉罐、塑料盒等。
（3）分工制作：一般应画出图纸，再按图加工，加工时要注意安全。
（4）合成与调试：将各人制作的部件整合为一个机械模型，并调试各部分和整体的动作，检验是否实现预定的功能，再进行改进。
（5）测试：根据设计的功能目标进行测试，如测量省力的情况，测量机械效率等。
【成果展示】机械模型制作完成后，准备在全班的展示会上汇报成果，有的同学写出汇报提纲，有的负责讲解，有的负责演示，有的制作电子幻灯片等。在成果展示、汇报时，小组成员合作进行，并回答其他同学提出的问题。
本课题也可以以小论文的形式总结成果和体会。内容包括生活中典型简单机械应用的调查，机械模型的设计与制作，自我评价与体会等。
案例评价与参考资料
这是一个开放性的课题，每个学生在自己周围都可能找到一些简单机械的组合应用，受之启发而选择一项感兴趣的设计课题。由于应用之广泛，而使每个课题可能有不同的特色。又由于这种课题涉及对历史、文化、生活、生产、科技等领域的调查，涉及方案的设计与修改，涉及制作与调试，涉及成果的展示、介绍和答辩，因此，在合作的团队中，每个人都有发挥自己特长的机会。下面举一些例子。
（一）简单机械在生活中的应用
对指甲钳的研究
指甲钳是每个家庭不可缺少的卫生工具，让我们从技术设计的角度对它进行一些研究。研究的内容是：
（1）观察指甲钳的结构，用指甲钳剪指甲，并体验用力时的情况，如图1（a）所示。
（2）指甲钳的功能是剪指甲，它的两片弹簧片组成了类似镊子的结构，把一条卡片纸夹在两钳口之间，如果不用上面的压柄，用手直接压上下弹簧片，效果如何？试一试。
（3）将图1（a）中指甲钳的压柄上下翻个面，在其下方垫一根方形截面的竹筷（或六边形的铅笔），逐次将它放在距支点不同距离的位置，体验剪卡片纸条时的用力情况，如图1（b）所示。
（4）可以把指甲钳看成是哪几个杠杆组合起来的？分别研究各个杠杆的特点。总体上，它是一个省力杠杆还是费力杠杆？
（5）这种指甲钳具有哪些优点，还存在哪些缺点？如果你是一个技术设计的工程师，你能提出哪些改进的意见？
以下是用杠杆原理分析指甲钳工作的特点和对指甲钳的改进意见，供教师参考。
用指甲钳剪指甲时，可以把它的压柄看作一个杠杆，如图1（c）所示，支点在左侧的轴梢处，动力为手对柄的压力
，阻力为指甲钳的上片对压柄的压力
，由图可知，其阻力臂远小于动力臂，因此它是一个省力杠杆。
同时，指甲钳的上片也可看作另一个杠杆，如图1（d）所示，它的支点在其右端，动力是压柄对指甲钳上片向下的压力’，阻力是被剪切物对上钳口的压力’，由图可知，它是一个费力杠杆，由于动力臂和阻力臂相差不大，可以近似认为阻力等于动力。因此，整体上可认为指甲钳是一个省力的杠杆。
这种指甲钳的缺点，如：剪指甲时产生的指甲屑会污染环境，应让其留在指甲钳内，剪完后再清理；老年人用这种指甲钳时，常因老花眼而看不清楚，可装一个袖珍的放大镜。
以下列出一些生活中的机械应用的例子，供同学们调查选题时参考。
①自行车中的简单机械；②抽水马桶中的简单机械；③饮料瓶开塞器；④起重机中的简单机械；⑤公共汽车上的开门系统；⑥玩具或工艺品中的简单机械等。
（二）设计机械模型的示例及评析
（1）自制起重机模型
图2所示是滑轮组与轮轴组合的手动起重机模型。
这个模型组合的目的性明确；方便省力；满足特定的操作需要；结构合理；从身边易得和易加工的废弃物品（如塑料可乐瓶、小塑料瓶、筷子等）中取材，体现废物利用的环保观点。制作工艺也很巧妙，由图可见，其中的定滑轮、动滑轮和轮轴都是用相同的结构单位做成的，以小塑料瓶加工成轮支架，以两个塑料瓶盖加工成滑轮或轮轴。
（2）自动舂谷机模型
图3是利用我国古代舂谷机改造的自动舂谷机模型，它把我国古代创造的两种机械——舂谷机和欹器结合起来。组合后可利用水流实现“自动”的目的。欹器是一种灌溉用的汲水罐器，相当于自动翻斗。如图4（a），当水未装入时重心在支轴的下方，罐身正立，略有倾斜；灌入少量水后，罐身就竖起来了，一旦水灌满时，如图4（b），重心在支轴上方，稍有倾斜，罐身就会立即倾覆过来，把罐内的水倒净，如图4（c）所示，尔后又自动复原，等待再次灌水。它能够有这样的特点，是因为灌水后欹器重心的变化影响了它的稳度。图3中杠杆的左边就是一个自动翻斗，当上方的水流入到斗内后，杠杆右侧的舂头抬起，待翻斗内的水近满时，翻斗的重心上升到支点之上，翻斗稍有倾斜就立即翻倒，水全部倾出，于是舂头下落，冲击下方承槽。翻斗中的水倾出后，翻斗又恢复初始状态，随着水重新流入翻斗中，杠杆右侧又翘起……如此反复，即可实现自动舂米。这种简单机械构思巧妙，且有古文化的内涵。这个模型用了易得的用品，可乐瓶、易拉罐、塑料盒，这是可取的。
图5是一个联动牙签盒，由两个杠杆组合而成。当把啄木鸟模型的头按下去时，此杠杆绕
轴顺时针转动，尾端上翘，带动盒内的一个“L”型杠杆绕
轴顺时针转动，使其上臂向右推动牙签盒，使牙签盒伸出到底盒外，牙签被啄木鸟的嘴喙衔起。当松开按头的手后，啄木鸟在弹簧的拉力下抬起头来，牙签盒缩回底盒内。该设计组合联系生活，能激励学生技术发明的意识，感受技术的魅力。
设计机械模型的例子很多，不一一列举，可以看出，技术设计是物理课程开发值得重视的领域，它确实对发展学生的个性特长、提高学生的技术素养起到很好的作用。