吳華成

(衢州市實(shí)驗(yàn)學(xué)校,浙江 衢州 324000)

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俯視小學(xué)教材，正視初中教學(xué)——“定滑輪和動(dòng)滑輪”實(shí)驗(yàn)解讀與改進(jìn)

吳華成

(衢州市實(shí)驗(yàn)學(xué)校,浙江 衢州 324000)

摘要：“定滑輪和動(dòng)滑輪”實(shí)驗(yàn)是中學(xué)和小學(xué)科學(xué)教材中都涉及的內(nèi)容，但中小學(xué)的教學(xué)目標(biāo)不同. 作為初中教師不僅要正視初中教材，同時(shí)要俯視小學(xué)教材，才能把握好中小學(xué)銜接點(diǎn)，抓好連接點(diǎn)，補(bǔ)充間斷點(diǎn)，拓展深化點(diǎn)，真正做到九年一貫.

關(guān)鍵詞：動(dòng)滑輪；定滑輪；杠桿

中小學(xué)科學(xué)教材有很多相同內(nèi)容，但教學(xué)目標(biāo)不同. 作為初中教師不僅要正視初中教材，同時(shí)要俯視小學(xué)教材，才能把握好中小學(xué)銜接點(diǎn)，抓好連接點(diǎn)，補(bǔ)充間斷點(diǎn)，拓展深化點(diǎn)，真正做到九年一貫.

“定滑輪和動(dòng)滑輪”小學(xué)和初中都有這節(jié)內(nèi)容，浙教版初中科學(xué)安排在9年級(jí)上冊(cè)第3章，教育科學(xué)版小學(xué)科學(xué)安排在6年級(jí)上冊(cè)第1章. 小學(xué)科學(xué)教學(xué)目標(biāo)是：通過(guò)觀察，描述滑輪構(gòu)造上的特點(diǎn)；通過(guò)探究，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)定滑輪、動(dòng)滑輪，知道其各自特點(diǎn)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)、組內(nèi)交流，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中操作感受定滑輪、動(dòng)滑輪的作用. 初中科學(xué)教學(xué)目標(biāo)是：通過(guò)探究，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)定滑輪、動(dòng)滑輪，知道其各自的特點(diǎn)，說(shuō)明滑輪的實(shí)質(zhì)是杠桿，以及實(shí)際生活中的應(yīng)用；通過(guò)探究，培養(yǎng)學(xué)生制定計(jì)劃、動(dòng)手操作、觀察、描述等能力. 作為初中教師上這節(jié)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)該事先清楚學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)、中小學(xué)銜接點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的側(cè)重點(diǎn)、學(xué)生自主探究困難點(diǎn)等，才能有效組織實(shí)驗(yàn)教學(xué). 筆者通過(guò)仔細(xì)閱讀小學(xué)教材及教參，對(duì)浙教版初中教材中“定滑輪和動(dòng)滑輪”3個(gè)實(shí)驗(yàn)解讀或改進(jìn).

1實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1

1)觀察滑輪，并指出它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).

2)請(qǐng)用滑輪、細(xì)線、鐵架臺(tái)等設(shè)計(jì)2種方案，要求利用滑輪把鉤碼提升起來(lái)，在圖1中畫出實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.

圖1　實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

3)利用設(shè)計(jì)的方案，組裝好裝置，提升鉤碼.

教材實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的設(shè)計(jì)符合學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平和技能，充分關(guān)注中小學(xué)銜接點(diǎn)，同時(shí)也體現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí). 結(jié)合小學(xué)科學(xué)，對(duì)本實(shí)驗(yàn)活動(dòng)解讀是：小學(xué)科學(xué)對(duì)“滑輪外形有什么特點(diǎn)”和“它們?yōu)槭裁匆龀蛇@樣子”作了討論，初中再安排學(xué)生觀察滑輪并指出它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)生很快能獨(dú)立完成. 教材的設(shè)計(jì)意圖是幫助學(xué)生復(fù)習(xí)回顧、重新認(rèn)識(shí)滑輪. 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中要求學(xué)生根據(jù)器材設(shè)計(jì)方案并畫裝置示意圖. 從實(shí)驗(yàn)探究角度講，先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后進(jìn)行探究，符合探究規(guī)律；從另一角度講，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生畫示意圖，為滑輪轉(zhuǎn)化杠桿，讓學(xué)生在示意圖上分析杠桿的5要素起鋪墊作用. 另外，小學(xué)教材分別以旗桿頂部的滑輪和會(huì)移動(dòng)的滑輪進(jìn)行探究，初中再安排學(xué)生設(shè)計(jì)2種方案組裝裝置提升鉤碼，實(shí)驗(yàn)較易實(shí)施. 所以，教師在該實(shí)驗(yàn)活動(dòng)組織時(shí)，可以大膽放手讓學(xué)生自主完成.

2實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2

1)如圖2(a)所示，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼的重G1.

2)如圖2(b)所示，通過(guò)定滑輪用彈簧測(cè)力計(jì)勻速向下拉動(dòng)鉤碼，記彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1，并與鉤碼的重相比較. 改變拉力的方向，如圖2(c)所示，觀察彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)是否變化.

3)先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼和滑輪的總重G2. 如圖2(d)所示，通過(guò)動(dòng)滑輪用彈簧測(cè)力計(jì)勻速向上拉動(dòng)鉤碼，記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F2,并與鉤碼和滑輪的總重相比較.

圖2　實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2的示意圖

小學(xué)科學(xué)研究定滑輪是通過(guò)左右各掛相同鉤碼，定滑輪能保持靜止，再通過(guò)左右改變相同數(shù)量鉤碼進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，歸納得出定滑輪不省力但能改變用力方向. 而初中科學(xué)從定滑輪靜止?fàn)顟B(tài)改為勻速拉重物，從定性實(shí)驗(yàn)到用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出具體的值的定量實(shí)驗(yàn)，從單一與物體相反方向的拉力到改變多方向拉力的研究. 在動(dòng)滑輪實(shí)驗(yàn)時(shí)，初中跟小學(xué)相比也有所不同. 小學(xué)用彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)提升重物的力，再與拉力比較. 初中是用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)重物和動(dòng)滑輪總重力，再與拉力進(jìn)行比較.

通過(guò)中小科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，初中定滑輪實(shí)驗(yàn)注重的是勻速、定量、多方向改變拉力的研究. 實(shí)驗(yàn)關(guān)注摩擦的存在，為減少誤差多掛幾個(gè)鉤碼，但不能超過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)的測(cè)量范圍. 在動(dòng)滑輪的研究上，初中關(guān)注動(dòng)滑輪本身的重力和摩擦的存在. 為了減少誤差也要盡可能多掛幾個(gè)鉤碼. 總之，初中的實(shí)驗(yàn)操作要求比小學(xué)高.

初中定滑輪、動(dòng)滑輪實(shí)驗(yàn)與小學(xué)相比有變化，能力要求也有所提高，但對(duì)9年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，在教師指導(dǎo)下也完全有能力自主完成實(shí)驗(yàn). 在該實(shí)驗(yàn)步驟2)和3)后面分別增設(shè)拉力通過(guò)的距離與物體上升的高度對(duì)比實(shí)驗(yàn). 目的是讓學(xué)生知道：利用定滑輪提升物體，拉力所通過(guò)的距離與物體上升的高度相等，得出定滑輪不省力、不省距離，但能改變力的方向. 利用動(dòng)滑輪提升物體，拉力所通過(guò)距離是物體上升的高度的2倍，得出動(dòng)滑輪省一半力，費(fèi)2倍距離，但不能改變力的方向. 這為后面學(xué)習(xí)滑輪組、有用功、總功、機(jī)械效率打下基礎(chǔ).

3實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3

在圖3(b)和(d)中分別作出定滑輪、動(dòng)滑輪的動(dòng)力臂和阻力臂，并找出動(dòng)力臂和阻力臂之間的關(guān)系. 分析為什么使用定滑輪不省力，而使用動(dòng)滑輪可以省一半力.

圖3　實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3的示意圖

小學(xué)科學(xué)教學(xué)多是使用、實(shí)踐、體驗(yàn)一些科學(xué)事件，而初中多是解釋、分析這些科學(xué)事件，這是兩者在知識(shí)能力上的差別. 而實(shí)驗(yàn)3是實(shí)踐、分析、解釋滑輪實(shí)質(zhì). 該實(shí)驗(yàn)活動(dòng)目的是讓學(xué)生通過(guò)活動(dòng)認(rèn)識(shí)滑輪實(shí)質(zhì)就是杠桿. 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)杠桿平衡條件來(lái)分析論證，得出結(jié)論. 為此，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生把定滑輪和動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)化為杠桿，然后確定支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力，作出對(duì)應(yīng)的動(dòng)力臂、阻力臂. 再通過(guò)分析力臂的之間關(guān)系，可以得出：定滑輪相當(dāng)于等臂杠桿，動(dòng)滑輪的動(dòng)力臂是阻力臂2倍的省力杠桿.

從上述角度講，筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn). 而教材安排實(shí)驗(yàn)活動(dòng)過(guò)于簡(jiǎn)單，學(xué)生很難獨(dú)立、自主、有效地進(jìn)行. 所以，在教學(xué)時(shí)應(yīng)把實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3活動(dòng)步驟進(jìn)行分步細(xì)化，引導(dǎo)學(xué)生層層深入地進(jìn)行實(shí)踐、分析和解釋滑輪的實(shí)質(zhì). 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3改進(jìn)如下：

1)根據(jù)圖4(a)和(b)的定滑輪和動(dòng)滑輪分別畫出其裝置的示意圖.

(a)　　　　　　　　　(b)圖4　改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3的示意圖

2)對(duì)照杠桿的定義，滑輪就是杠桿. 在滑輪示意圖上分別找出支點(diǎn)、動(dòng)力和阻力，并與組內(nèi)同學(xué)交流.

3)分別畫出它們的動(dòng)力臂和阻力臂.

4)比較兩滑輪的動(dòng)力臂和阻力臂長(zhǎng)度，得出定滑輪是怎樣的杠桿？動(dòng)滑輪又是怎樣的杠桿？

如果本節(jié)課實(shí)驗(yàn)完成比較順利，學(xué)生知識(shí)掌握得也比較好，還可以在實(shí)驗(yàn)3活動(dòng)后增加思考題：除杠桿角度解釋“定滑輪不省力，動(dòng)滑輪省一半力”外，能否從物體受力分析角度解釋？

有人會(huì)說(shuō)，小學(xué)6年級(jí)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，到9年級(jí)才重新被拾起，中間經(jīng)歷了3年，學(xué)生學(xué)的知識(shí)早已遺忘，所以初中教師無(wú)論小學(xué)是否學(xué)過(guò)，都重新再來(lái). 該想法是沒(méi)有道理的，是對(duì)教育的不負(fù)責(zé)任. 在教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)幫助孩子喚起舊知，學(xué)習(xí)新知，提升能力. 初中教師應(yīng)對(duì)小學(xué)教材做到心中有數(shù)，清楚知道學(xué)生在學(xué)之初有哪些基礎(chǔ)，哪些可以一帶而過(guò)，哪些必須重點(diǎn)講授. 只有這樣，教師才能把握好中小學(xué)科學(xué)銜接點(diǎn)，抓好連接點(diǎn)，補(bǔ)充間斷點(diǎn)，拓展深化點(diǎn)，使中小學(xué)科學(xué)教學(xué)融合發(fā)展，學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)才能可持續(xù)發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

[1]朱清時(shí). 義務(wù)教育教科書·科學(xué)(九年級(jí)上冊(cè))[M]. 杭州：浙江教育出版社，2014：93-94.

[2]郁波. 義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·科學(xué)(六年級(jí)上冊(cè))[M]. 北京：教育科學(xué)出版社，2003：12-13.

[責(zé)任編輯：尹冬梅]

Connection between primary and secondary school: take the

experiment of fixed pulley and movable pulley for example

WU Hua-cheng

(Experiment School of Quzhou, Quzhou 324000, China)

Abstract:The experiment of fixed pulley and movable pulley presents in the science textbooks in both the primary and secondary schools, but the teaching objectives are different. As a teacher in junior high school, we must reveal the connections and differences between them, complement and deepen the understanding of these two experiments, and realize the nine-year articulate curriculum.

Key words:fixed pulley; movable pulley; lever

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-4642(2016)01-0043-03

作者簡(jiǎn)介：吳華成(1971-)，男，浙江衢州人，衢州市實(shí)驗(yàn)學(xué)校高級(jí)教師，學(xué)士，從事中學(xué)物理教育工作.

收稿日期：2015-05-29