吳曉東

[摘? ?要]針對(duì) “講授練習(xí)式”教學(xué)中存在的不足，為了使學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，掌握科學(xué)研究方法，更深刻地理解物理概念，教師要注重物理概念的構(gòu)建。文章以問題為導(dǎo)向，設(shè)置三種層層遞進(jìn)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步認(rèn)識(shí)理解相關(guān)概念。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn);物理概念;建構(gòu);力臂

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）14-0055-02

一、問題背景

蘇科版物理九年級(jí)上冊(cè)《杠桿》一節(jié)主要學(xué)習(xí)杠桿的基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生已經(jīng)對(duì)一般的物理研究方法有了初步的認(rèn)識(shí)，在二力平衡的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)杠桿，理解難度不大。因此，常有一些教師講完杠桿的五要素后，就開始總結(jié)畫力臂的一般方法，訓(xùn)練學(xué)生畫力臂。然而，這樣的訓(xùn)練使學(xué)生對(duì)概念的理解出現(xiàn)“空心化”（被動(dòng)記住概念的含義，沒有經(jīng)歷概念建立的思辨過程），這樣的教學(xué)，教師教得無趣，學(xué)生學(xué)得無味[1]。學(xué)生沒有深刻理解力臂的概念，不懂得為什么要引入力臂。一段時(shí)間之后總會(huì)有所遺忘。實(shí)際上給學(xué)生以實(shí)踐體驗(yàn)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，使學(xué)生了解引入力臂概念的必要性，可以幫助學(xué)生更深刻地理解“力臂”的含義。為此，我們可利用可視化的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生深刻理解力臂的概念。

二、總體思路

設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn)及問題，由易到難，建構(gòu)力臂概念。

實(shí)驗(yàn)1：利用杠桿抬起巨石。目的：激發(fā)學(xué)生興趣。

實(shí)驗(yàn)2：自制桿秤稱蘋果。目的：體驗(yàn)杠桿的應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)3：模擬蹺蹺板。目的：猜想影響杠桿平衡的因素。

實(shí)驗(yàn)4：改變拉力的方向使杠桿依然水平平衡。目的：認(rèn)識(shí)猜想的不足，提出新的猜想。

實(shí)驗(yàn)5：用彈簧測(cè)力計(jì)拉帶有圓盤的杠桿。目的：化繁為簡(jiǎn)，建構(gòu)力臂概念。

實(shí)驗(yàn)6：探究杠桿平衡條件。目的：體驗(yàn)科學(xué)探究過程，得出杠桿平衡條件。

三、部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，猜想影響杠桿平衡的因素

【問題1】大人和小孩如何能使蹺蹺板在水平方向保持平衡？

PPT展示圖片：大人和小孩玩蹺蹺板，由于大人太重，所以蹺蹺板向他這邊傾斜。有什么辦法可以讓蹺蹺板又恢復(fù)水平平衡？利用手中的長(zhǎng)直尺、橡皮以及大小不同的鉤碼，模擬大人和小孩玩蹺蹺板。看哪些方法可以讓杠桿重新恢復(fù)水平平衡。

學(xué)生：把重的鉤碼向支點(diǎn)靠近，輕的鉤碼遠(yuǎn)離支點(diǎn);將支點(diǎn)移向重的鉤碼，在輕的鉤碼上再加一個(gè)鉤碼。

【問題2】杠桿的平衡可能和什么因素有關(guān)呢？用我們學(xué)過的物理名詞來表述。

學(xué)生：力的大小，支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。

2.改變實(shí)驗(yàn)操作，形成認(rèn)知沖突

【問題3】拉力大小不同的原因是什么？

學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，左端鉤碼的個(gè)數(shù)和位置固定不動(dòng)，右端放置彈簧測(cè)力計(jì)（豎直方向調(diào)零），右端彈簧測(cè)力計(jì)拉力的作用點(diǎn)不動(dòng)，用彈簧測(cè)力計(jì)分別豎直和斜拉杠桿，讓杠桿在水平位置平衡，記錄兩次拉力的大小?？梢园l(fā)現(xiàn)豎直向下拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，拉力的大小比較小，而斜拉時(shí)，拉力比較大。

學(xué)生：兩次拉力大小不同的原因在于力的方向不同。

【問題4】結(jié)合模擬蹺蹺板實(shí)驗(yàn)，總結(jié)哪些因素會(huì)影響杠桿的平衡。

學(xué)生：力的大小，支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離、力的方向。

【問題5】可不可以尋找一個(gè)物理量，它既包含了支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離對(duì)杠桿平衡的影響，又包含了力的方向?qū)Ω軛U平衡的影響？

3.實(shí)驗(yàn)與“求同”思維并重，建構(gòu)力臂概念

在杠桿的支點(diǎn)處固定一圓形硬紙板，上面畫出一系列間隔為1 cm的同心圓環(huán)。杠桿左端10 cm處掛四個(gè)0.5 N的鉤碼，右端8 cm處用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉杠桿，使杠桿在水平位置保持平衡（系彈簧測(cè)力計(jì)的細(xì)線要長(zhǎng)一些）。彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2.5 N。

【問題6】保證杠桿左端鉤碼的個(gè)數(shù)以及位置不變，改變右端彈簧測(cè)力計(jì)拉力作用點(diǎn)的位置以及拉力的方向，但保證拉力的大小不變，并且讓杠桿在水平方向保持平衡。觀察三次實(shí)驗(yàn)有什么共同點(diǎn)？

學(xué)生：彈簧測(cè)力計(jì)上繩子的方向與8 cm的圓環(huán)接觸才能使每次拉力的作用效果不變。

彈簧測(cè)力計(jì)上繩子的方向也就是拉力所在的直線，它每次與相同的圓接觸，在數(shù)學(xué)上稱之為拉力的方向與圓相切。（PPT展示）過力的作用點(diǎn)，作出沿力的方向的直線，稱之為力的作用線，即彈簧測(cè)力計(jì)上繩子的方向。作出支點(diǎn)到力作用線的垂線，發(fā)現(xiàn)了什么？

學(xué)生：都是圓的半徑，長(zhǎng)度相等。

【問題7】三次實(shí)驗(yàn)，力的大小和方向都改變了，是什么不變導(dǎo)致力的作用效果不變？

學(xué)生：支點(diǎn)到力的作用線的距離不變。

支點(diǎn)到力的作用線的距離既包含了力的作用點(diǎn)又包含了力的方向?qū)Ω軛U平衡的影響?！爸c(diǎn)到力的作用線的距離”是個(gè)有意義的物理量，稱為力臂。支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離稱為動(dòng)力臂，支點(diǎn)到阻力作用線的距離稱為阻力臂。

四、結(jié)束語

人是發(fā)展的存在[2]，學(xué)生具有無限的發(fā)展?jié)撃?。皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為，智力是一種適應(yīng)，是同化和順應(yīng)的平衡，當(dāng)兒童遇到不能理解的新事物或新刺激時(shí)，就會(huì)迫使他改變?cè)械摹皥D示”以適應(yīng)新的情景，求得認(rèn)知平衡的恢復(fù)[3]。因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該順著學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，不斷給學(xué)生提出更加深入的問題，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己之前不夠全面的認(rèn)知，進(jìn)而獲得新的知識(shí)，建構(gòu)出物理概念。

在以上的教學(xué)過程中，筆者通過系列實(shí)驗(yàn)及問題，引領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)比較抽象的“力臂”概念。與書本直接給出杠桿的五要素不同，筆者通過生活中常見的杠桿以及杠桿的定義，讓學(xué)生自己說出杠桿的三個(gè)要素：支點(diǎn)、動(dòng)力和阻力。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律，通過模擬蹺蹺板實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響杠桿平衡的因素進(jìn)行猜想：支點(diǎn)以及支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。進(jìn)一步改變作用在杠桿上拉力的方向使杠桿依然水平平衡，發(fā)現(xiàn)所用力的大小不同。認(rèn)識(shí)到力的方向也會(huì)影響杠桿的平衡，認(rèn)識(shí)到之前的認(rèn)知不夠全面。難度升級(jí)，確保杠桿左端鉤碼的個(gè)數(shù)以及位置不變，改變右端彈簧測(cè)力計(jì)拉力作用點(diǎn)的位置以及拉力的方向，但保證拉力的大小不變，并且讓杠桿在水平方向保持平衡。大小相同的三個(gè)不同的力，卻有相同的作用效果，不難想這三個(gè)力在某個(gè)方面一定是相同的。進(jìn)而尋找不變量，體現(xiàn)“求同”思維。由于實(shí)驗(yàn)中系彈簧測(cè)力計(jì)的繩子很長(zhǎng)，學(xué)生可以很清楚地觀察到三次繩子都與同一個(gè)圓相切。教師再利用PPT演示，作出支點(diǎn)到三個(gè)力的作用線的垂直距離。力的大小相同，這個(gè)距離相同，杠桿的平衡就相同，進(jìn)而建構(gòu)出力臂的概念。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 劉小洪，周洪.力臂概念的創(chuàng)新教法[J].物理通報(bào)，2013（3）：28-30.

[2]? 張康橋.生長(zhǎng)教育：通往美好人性的教育——溧陽市實(shí)驗(yàn)小學(xué)的教育學(xué)建構(gòu)[J].江蘇教育研究，2012（29）：4-10 .

[3]? 車麗萍.試論智力發(fā)展與同化、順應(yīng)的關(guān)系：皮亞杰基本理論的啟示[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），1997（2）：98-101.

（責(zé)任編輯 易志毅）