(廣東省廣州市花都區(qū)教育局教學(xué)研究室，廣東 廣州 510000)

在物理教學(xué)中，很多難點沒有突破主要是因為沒有為學(xué)生構(gòu)建一個好的物理模型。物理模型是將我們研究的物理對象或物理過程、情境，運用抽象、簡化和類比等方法，把反映研究對象的本質(zhì)特征抽象出來，構(gòu)成一個概念或?qū)嵨锏哪Ｐ?。建?gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)并不是學(xué)習(xí)者被動地去接受知識或是經(jīng)驗，而是通過自身的體驗與交流合作去建構(gòu)意義的過程。下面就以“杠桿”教學(xué)為例，探討以體驗式教學(xué)幫助學(xué)生構(gòu)建物理模型的途徑。

“杠桿”是初中物理教學(xué)難點，一是涉及的物理量較多，二是學(xué)生對力臂的理解有困難，三是要探究杠桿平衡條件、并能根據(jù)平衡條件對杠桿進行分類。常規(guī)的教學(xué)流程如下：在第一課時，列舉生活中有關(guān)杠桿的例子，介紹五要素，然后反復(fù)練習(xí)畫力臂；在第二課時，通過學(xué)生實驗探究杠桿平衡條件；在第三課時，對杠桿進行分類，做練習(xí)。三節(jié)課下來教師基本能把知識點講完，但不少同學(xué)還是覺得很困惑，其主要原因是沒有真正弄懂物理原理，在他們的腦中沒有一個清晰的物理模型作為支撐。針對上述情況，筆者采用體驗式教學(xué)，進行了重新設(shè)計。

1 讓學(xué)生體驗有趣的小實驗，構(gòu)建基本的物理模型

圖1

在課堂上展示一個自制的蹺蹺板(一把木尺釘在鐵架臺上，可以自由轉(zhuǎn)動)，接著請一位同學(xué)把重量不同的蘋果和橘子分別放在蹺蹺板的兩側(cè)，使它靜止不動，完成后可以很明顯地看到較重的蘋果放在離支點較近的地方，而較輕的橘子則放在離支點較遠(yuǎn)的地方(如圖1)。以這樣的情景介紹杠桿的定義、支點以及杠桿的平衡狀態(tài)，為了能更好地引出杠桿的其他要素，筆者采取了以下的做法：首先把蘋果拿開，可以看到杠桿轉(zhuǎn)動起來，杠桿不平衡了，也就是說杠桿的平衡肯定跟作用在它上面的力有關(guān)，引入物理量：動力；使杠桿重新平衡，然后把橘子拿開，杠桿反方向轉(zhuǎn)動起來，杠桿也不平衡了，相對于動力我們就引入另一個物理量：阻力；使杠桿恢復(fù)平衡，然后把蘋果往遠(yuǎn)端移動一下，杠桿又不平衡了。很明顯杠桿的平衡跟物體所放的位置有關(guān)，很自然地就得到了與距離有關(guān)的物理量：動力臂，同理可以引入阻力臂。利用實驗體驗來引入杠桿的五要素，學(xué)生在腦海中就初步建立了一個包含杠桿五要素的物理模型：一個放著蘋果和橘子的蹺蹺板。

2 設(shè)計3個遞進式體驗實驗，讓學(xué)生正確理解力臂的定義

加涅在《學(xué)習(xí)的條件和教學(xué)論》中提出五類學(xué)習(xí)結(jié)果類型，初中物理中很多學(xué)習(xí)結(jié)果是智慧技能，那么大量的機械重復(fù)練習(xí)能幫助學(xué)生習(xí)得智慧技能嗎？答案是否定的。力臂是一個比較抽象的物理概念，很多學(xué)生不明白為什么要把力臂定義為支點到力的作用線的垂直距離，傳統(tǒng)的教學(xué)方式就是通過大量的作圖練習(xí)，使學(xué)生接受這一個定義。學(xué)生會畫力臂，卻不能理解力臂的定義，若遇到復(fù)雜一點的題目就會無從下手。筆者在課堂上增加了3個遞進式實驗，通過學(xué)生的親身體驗可以加深對力臂定義的理解。

實驗一：在杠桿的左邊掛上1個200g的鉤碼，然后讓學(xué)生在杠桿的右側(cè)距支點由遠(yuǎn)到近按壓，要求一直保持杠桿水平平衡，感受手在不同位置對杠桿所用力的大小(如圖2)。學(xué)生通過實驗可以明顯地感受到要使杠桿保持水平平衡，離支點越近，用力越大，這樣就得到用力大小可能跟支點到力的作用點的距離有關(guān)的結(jié)論。這個實驗可能會使一些學(xué)生陷入一個誤區(qū)，為下一個實驗作了鋪墊。

圖2

圖3

實驗二：在杠桿的左邊掛上1個200g的鉤碼，學(xué)生用彈簧測力計在杠桿右側(cè)同一個點沿不同的方向拉，要求杠桿一直保持水平平衡，觀察彈簧測力計的示數(shù)(如圖3)。根據(jù)實驗一的結(jié)論：要使杠桿水平平衡，用的力只與支點到力的作用點的距離有關(guān)，只要支點到力的作用點的距離不變，無論方向如何改變也不會影響到力的大小。真的是這樣嗎？通過實驗二可以觀察到力的大小其實是不一樣的，也就是說實驗一得到的結(jié)論是不完整的，這就是不能把力臂定義為支點到力的作用點的距離的原因。教師可能會跟學(xué)生重復(fù)一百次正確的力臂的定義，但學(xué)生只是記住了這一句話，并沒有真正理解。

通過以上兩個實驗，學(xué)生就不僅僅是記住，親自動手得到實驗結(jié)果，學(xué)生的習(xí)得效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于教師的灌輸。

力的大小跟支點到力的作用點的距離并無直接關(guān)聯(lián)，那么就一定與支點到力的作用線的垂直距離有關(guān)嗎？繼續(xù)通過實驗來驗證。當(dāng)動力和動力臂都不變時，如果阻力相同，無論沿什么方向拉，阻力臂都相同嗎？接著做第三個實驗。

圖4

實驗三：在杠桿的右邊掛上4個50g的鉤碼，讓學(xué)生用彈簧測力計在杠桿右邊不同的點上用2N的力拉，使杠桿保持水平平衡。借助T型尺，可以直觀地看出支點到力的作用線都是相同的(如圖4)。也就是說，當(dāng)動力、動力臂不變時，如果阻力相同，阻力臂也相同，實驗的結(jié)果和理論是一致的。

這樣就可以解釋為什么力臂要定義為支點到力的作用線的垂直距離，學(xué)生的疑問得到了解決，這一節(jié)課的教學(xué)難點也實現(xiàn)了突破。

以上三個體驗式實驗?zāi)茏寣W(xué)生對力臂的理解有一個進階的過程，而每一個實驗都相應(yīng)地有一個具體的模型印在學(xué)生的腦海中，以后遇到了關(guān)于杠桿的實驗探究題，學(xué)生就更有把握了。教師應(yīng)當(dāng)充分重視實驗教學(xué)，把課堂的主動權(quán)交給學(xué)生，鼓勵學(xué)生大膽嘗試，勇于探究。

3 體驗同一物體在不同情況下的工作過程，建立杠桿分類的模型

根據(jù)杠桿的平衡條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂，可以把杠桿分為三類：省力杠桿、等臂杠桿和費力杠桿。分類的依據(jù)就是比較動力臂和阻力臂的長短，很多教師都會列舉很多例子來讓學(xué)生分類，例如：釣魚竿、剪刀、起子、天平等等。但例子太多學(xué)生會覺得很混亂，時間久就會混淆，可先利用一個同時包含三種情況的例子，幫助學(xué)生建立一個初步的模型，對他們掌握該知識點會有幫助。每一位學(xué)生都體驗過用剪刀剪東西，但把物體放在不同的位置，用的力是不一樣的，于是我們可以建立一個關(guān)于剪刀的模型(如圖5)。

圖5

剪刀的支點容易找出，而手指固定在有膠的一端，也就是動力臂已經(jīng)固定，我們把被剪的物體放在圖5中的不同位置(如A、B、C點等)，感受一下分別要用多大的力才能剪斷物體。三個位置都體驗過之后，我們再用理論來分析：因為剪斷的東西相同，所以杠桿受到的阻力相同，比較動力臂與阻力臂的大小，再根據(jù)杠桿平衡條件，就可以把杠桿分為三類。這樣就讓學(xué)生建立了一個關(guān)于剪刀的物理模型，盡管以后可能忘記了相關(guān)的知識，但只要拿出剪刀試剪一下，還是可以回憶起來的。有了基礎(chǔ)的杠桿分類模型后，再講生活中其他的杠桿，學(xué)生就懂得了怎樣借助剪刀的三種情況去具體分類，培養(yǎng)了學(xué)生舉一反三的能力。

通過以上教學(xué)過程，學(xué)生可以把這部分知識簡化為三個物理模型，分別是：“坐”蹺蹺板的蘋果和橘子，一端掛著鉤碼、另一端用彈簧測力計拉的杠桿以及一把剪刀。學(xué)生全程參與各個體驗活動，能以一條完整的主線把所有的物理量和相關(guān)的知識點都串聯(lián)起來，建立簡單的物理模型，化繁為簡，把反映研究對象的本質(zhì)特征抽象出來。

物理學(xué)習(xí)的目的不僅僅是學(xué)習(xí)物理知識，更重要的是讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會探究，形成正確的價值觀。學(xué)生在體驗式學(xué)習(xí)中不僅能經(jīng)歷知識的形成過程，對所學(xué)的內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣，習(xí)得探究未知事物的方法，發(fā)展學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，還能感受到自己在獲取知識過程中的失敗與錯誤，通過總結(jié)經(jīng)驗、糾正錯誤，逐步走向正確，從中體驗到成功的喜悅。因此，在新課程背景下，要改變傳統(tǒng)教學(xué)中的重知識、輕實踐，重結(jié)論、輕過程，重理論、輕實驗，知識與情感相互分離的局面，必須認(rèn)識到：脫離知識構(gòu)建過程的單純說教式的教學(xué)是蒼白無力的。在教學(xué)中應(yīng)該給學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富的、真實的物理情境，使學(xué)生對物理知識的產(chǎn)生、形成和發(fā)展過程有豐富、清晰的感性認(rèn)識，引領(lǐng)學(xué)生通過觀察、探究、交流等活動參與物理模型的構(gòu)建，這不僅有利于學(xué)生對物理概念、規(guī)律的深刻理解，最重要的作用是在此過程中能有效地引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)的探究過程，啟迪智慧，增強能力。