■姜棟強(qiáng)

教學(xué)設(shè)計(jì)

“杠桿”在蘇科版《物理》教學(xué)內(nèi)容中是一節(jié)承上啟下的課，在這節(jié)課的教學(xué)過程中，我們不僅需要依托以前所學(xué)的力學(xué)知識(shí)開啟學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械的認(rèn)知，還需要引領(lǐng)學(xué)生的思維變遷，為后續(xù)的功、能、功率的學(xué)習(xí)打下思維基礎(chǔ)。為此，筆者在此通過問題和問題鏈的形式，引領(lǐng)學(xué)生突破思維瓶頸。

一、以問激趣，開啟思維之旅

興趣是第一要素。在課堂一開始，為充分激發(fā)學(xué)生的興趣，筆者為學(xué)生準(zhǔn)備了豐富的工具。如圖1所示，讓學(xué)生用這些工具試著把圖釘拔出，并通過以下問題激發(fā)學(xué)生興趣，激勵(lì)學(xué)生參與。

圖1

問題1：你能徒手把這枚圖釘拔出來嗎？

學(xué)生迫不及待地想徒手把這枚圖釘拔出來，在碰壁以后，又異口同聲地回答“不能”。此時(shí)的參與興趣已經(jīng)被調(diào)動(dòng)起來了。

問題2：你能用桌面上的這些器材把這枚圖釘拔出來嗎？

部分活躍的男生大聲喊出“能”，并躍躍欲試。此時(shí)的參與度再次被提升，幾乎將學(xué)生的興奮度調(diào)至最高。

問題3：我們一起來比一比，看看哪一組的方法多，再比一比哪一組的方法最巧妙、便捷，然后再派學(xué)生上來展示。

這一個(gè)問題的出現(xiàn)一方面平抑部分學(xué)生過度的興奮度，另一方面也將學(xué)生的興奮點(diǎn)轉(zhuǎn)移到對(duì)問題的思維中。學(xué)生思考的不僅是將圖釘拔出，還要運(yùn)用更多的方法拔出來，并思考哪種更簡(jiǎn)便、實(shí)用。

這一環(huán)節(jié)的3個(gè)問題能充分激發(fā)學(xué)生的興趣，步步深入，還能此起彼伏，將興趣慢慢引導(dǎo)到思維深處，為后續(xù)活動(dòng)開展和思維深入奠定了基礎(chǔ)。

二、以追啟辨，開啟思辨之旅

體驗(yàn)是為了建構(gòu)學(xué)生對(duì)杠桿的初步認(rèn)知，而為了讓學(xué)生對(duì)杠桿有更深的認(rèn)知，我們需要對(duì)此進(jìn)行追問，問題將成為啟發(fā)學(xué)生思維的紐帶。

問題1：通過剛才拔圖釘?shù)倪^程，你發(fā)現(xiàn)了這些工具本身都有哪些共同的特點(diǎn)？學(xué)生回答：硬的、長(zhǎng)的、直的。針對(duì)這些回答，我們可以以追問的形式來激發(fā)學(xué)生思辨。

追問1：都是直的嗎？

生：不一定。

追問2：都一定很長(zhǎng)嗎？

生：不一定。

追問3：但是，這些工具肯定都具有什么特征？

生齊聲：硬的。

師：所以我們可以將剛才的這些特點(diǎn)，用“硬棒”來描述。（畫一個(gè)硬棒，為了研究方便我們把它畫成直的，如圖2所示。）

圖2

問題2：這些硬棒在拔釘子的過程中都是怎么運(yùn)動(dòng)的？

生1：轉(zhuǎn)動(dòng)。

生2：畫圓。（一邊說一邊比畫著。）

追問1：轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，是繞什么轉(zhuǎn)動(dòng)的？再試一下。

生：繞一個(gè)點(diǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)。

追問2：這個(gè)點(diǎn)動(dòng)不動(dòng)？

生：這點(diǎn)不動(dòng)的。

追問3：這個(gè)棒的轉(zhuǎn)動(dòng)是否需要力的作用？

生：需要一個(gè)力施加在這個(gè)工具上才能轉(zhuǎn)動(dòng)。

追問4：轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中有沒有力在阻礙這根棒的轉(zhuǎn)動(dòng)？

生：有。

追問5：這兩個(gè)力的作用效果相同嗎？各具有什么特點(diǎn)？

生：不同。它們使這根硬棒向不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

學(xué)生的思維隨著教師的不斷追問，開啟了自相碰撞。比如，這些工具到底是不是直的？到底是怎么轉(zhuǎn)動(dòng)的？這些思辨的問題讓學(xué)生的思維發(fā)散得更開，讓我們所需要解決的問題也豁然開朗。在追問的過程中，教師順應(yīng)著學(xué)生的回答生成相應(yīng)的概念，即“在力的作用下繞一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒稱之為杠桿”，其中支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力這三要素也一目了然，而教師也在相應(yīng)的區(qū)域板書新的內(nèi)容，如圖3所示。

圖3

三、以動(dòng)制靜，橋接思維盲點(diǎn)

力臂概念的理解在本節(jié)教學(xué)中是一個(gè)難點(diǎn)。雖然在蘇科版等多個(gè)教材中，力臂的引入是直接給出的，然而力臂的存在價(jià)值及其物理意義卻是不可忽略的。但是，鑒于課堂時(shí)間的限制，我們?cè)诹Ρ鄣脑忈屵^程中又不能花費(fèi)太多的時(shí)間。因此，筆者采用實(shí)驗(yàn)與問題相協(xié)調(diào)的方式，同步推進(jìn)，以此橋接學(xué)生的思維盲點(diǎn)，讓學(xué)生明白有這么一個(gè)物理量，在今天的學(xué)習(xí)過程中，有其特定的價(jià)值與意義，并為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

演示1：如圖4所示，在力F1的作用下，杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，并告知學(xué)生，當(dāng)杠桿處于靜止或者勻速擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，我們稱杠桿處于平衡狀態(tài)。

演示2：水平向右移動(dòng)處于A位置的彈簧測(cè)力計(jì)，移至B位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)F1變小了。

圖4

問題1：哪個(gè)物理量的改變導(dǎo)致F1變小的？

生：支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離發(fā)生改變而引起的。（學(xué)生一邊比畫，一邊回答。）

問題2：很好，同學(xué)們觀察得很仔細(xì)。我再試一次，你還發(fā)現(xiàn)了什么？（教師邊提問，邊將彈簧測(cè)力計(jì)移到如圖5所示的位置。）

圖5

生：此時(shí)支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離沒有發(fā)生改變，但是F1的大小卻發(fā)生了改變。

問題3：這現(xiàn)象又說明了什么？

生：不是“支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離”發(fā)生改變而影響F1的改變的。

此時(shí)，教師無須再花太多的時(shí)間去讓學(xué)生思考具體是哪一物理量在影響F1的改變，而是讓學(xué)生深刻感受到，這里存在一個(gè)物理量影響著F1的改變，對(duì)杠桿的平衡有著一定的影響，其意義與價(jià)值已經(jīng)成為學(xué)生的共識(shí)。此時(shí)我們只需要將彈簧測(cè)力計(jì)再次旋轉(zhuǎn)至圖6所示的位置，發(fā)現(xiàn)F1的大小再次和圖5所示一樣。此時(shí)教師就可以直接追問學(xué)生：你們發(fā)現(xiàn)，這里是不是有一個(gè)物理量才是真正影響F1大小的？它不變，F(xiàn)1就不變。在得到學(xué)生一致認(rèn)可后，可以再告知學(xué)生什么是力臂。教師為此在板書上畫出動(dòng)力臂和阻力臂，如圖7所示。

圖6

圖7

四、以練促思，開啟探究之旅

探究杠桿平衡條件是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在開展探究性學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生參與探究的積極性不僅來自表象豐富多彩的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和體驗(yàn)，還來自深入其中的思維之旅。在實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，融合問題來精準(zhǔn)啟思的對(duì)話，將深入激發(fā)學(xué)生的探究興趣和激情，為深入有效的探究提供無窮動(dòng)力。筆者在這個(gè)環(huán)節(jié)采用“練、問”結(jié)合的方法，以此開啟探究之旅。

1.以練促思，吃透基本概念。

練習(xí)：如圖8所示，請(qǐng)你作出杠桿AB所受到的阻力和動(dòng)力臂。

本題的練習(xí)從多個(gè)角度考查學(xué)生對(duì)杠桿五要素的理解。如力臂，此圖中它可以明顯區(qū)分“支點(diǎn)到力的作用線的距離”和“支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離”，學(xué)生通過作圖和對(duì)比，進(jìn)一步理解力臂的概念。而作出阻力，也是本題的一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)，凸顯了阻力和動(dòng)力的作用點(diǎn)都是作用在杠桿上的。

圖8

2.實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)，開發(fā)探究思維。

教師將如圖4、5的實(shí)驗(yàn)再次呈現(xiàn)給學(xué)生，并結(jié)合以下問題開啟學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的再次思考。

問題1：彈簧測(cè)力計(jì)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，此時(shí)杠桿仍然平衡嗎？

問題2：彈簧測(cè)力計(jì)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F1變小，你覺得是什么原因引起F1變化的？

問題3：彈簧測(cè)力計(jì)由圖4所示的位置旋轉(zhuǎn)到圖6所示的位置，此時(shí)F1再次發(fā)生變化，你覺得是什么原因？

問題4：由圖4到圖5，再到圖6，大家再仔細(xì)對(duì)比一下彈簧測(cè)力計(jì)F1的變化情況，你覺得要保持杠桿平衡，我們需要涉及哪些物理量？請(qǐng)你猜想，這些物理量之間應(yīng)該滿足什么條件？你準(zhǔn)備怎么探究杠桿平衡條件？

教師將演示實(shí)驗(yàn)再次呈現(xiàn)給學(xué)生，并放慢實(shí)驗(yàn)變化的過程，通過問題開拓學(xué)生的思維深度，引領(lǐng)學(xué)生通過觀察與對(duì)比、分析與思考，明確探究的方向，鎖定探究的策略。而教師則是將探究的細(xì)節(jié)作為信息呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生注意探究的細(xì)節(jié)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集齊全后，再引導(dǎo)學(xué)生生成 F1·L1=F2·L2，并在圖6的基礎(chǔ)上生成如圖9所示的板書。

圖9

3.細(xì)節(jié)深究，重溫實(shí)驗(yàn)操作。

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出以后，我們還需要學(xué)生再結(jié)合整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)，分析實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)操作的原因，啟發(fā)學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)與技能，“知其然，更知其所以然”。而整個(gè)思考剖析過程，我們還是要還給學(xué)生的，讓學(xué)生結(jié)合已有的知識(shí)儲(chǔ)備，結(jié)合問題的方向，一一剖析實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。

問題1：杠桿處于如圖10所示的位置靜止，杠桿此時(shí)是平衡狀態(tài)嗎？

圖10

問題2：此時(shí)杠桿的重心偏向哪里？

問題3：如果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在這個(gè)杠桿兩端分別掛鉤碼、拉彈簧測(cè)力計(jì)，你覺得有幾個(gè)力要讓杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)？

問題4：為此，你覺得該怎樣避免杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響呢？

問題5：在每次實(shí)驗(yàn)中，都要用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)杠桿，使杠桿重新處于水平位置平衡，你覺得這樣做又是為什么？實(shí)驗(yàn)測(cè)量中能否再旋轉(zhuǎn)平衡螺母？

這些問題配合適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)再現(xiàn)，讓學(xué)生重溫細(xì)節(jié)操作的關(guān)鍵所在，真正通過問題再次提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析的能力。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的班級(jí)，我們可以直接呈現(xiàn)以下三個(gè)問題，讓學(xué)生通過小組交流、討論來達(dá)成。

問題1：實(shí)驗(yàn)時(shí)，先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，這是為什么？

問題2：在每次實(shí)驗(yàn)中，都要用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)杠桿，使杠桿重新處于水平位置平衡，這樣做又是為什么？實(shí)驗(yàn)測(cè)量中能否再旋轉(zhuǎn)平衡螺母？

問題3：完成第一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集后，你能否根據(jù)這組數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論？為什么？

在此教學(xué)過程中，我們結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，通過問題引領(lǐng)、實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)等形式，將學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思維動(dòng)力引領(lǐng)到教學(xué)活動(dòng)之中，讓學(xué)生因?yàn)轶w驗(yàn)而深入其中，因?yàn)閱栴}而有的放矢，因?yàn)閷?duì)比和總結(jié)而豁然開朗，以此達(dá)成情與智的并駕齊驅(qū)，而學(xué)生的核心素養(yǎng)也在活動(dòng)參與中得到實(shí)實(shí)在在地提升。