摘 要：杠桿的教學(xué)一直是初中物理的重點內(nèi)容，如何創(chuàng)新教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，是每個物理教師需要思考和關(guān)注的問題。文章從教學(xué)實踐出發(fā)，運用創(chuàng)新教具的方式引導(dǎo)學(xué)生主動思考，深度學(xué)習(xí)，從更直觀更有趣的角度掌握杠桿知識，實現(xiàn)物理學(xué)科素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);杠桿原理;課堂引入;教學(xué)過程

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2020）19-0095-02

“深度學(xué)習(xí)”是指學(xué)生基于教師預(yù)設(shè)的專業(yè)方案經(jīng)歷有指導(dǎo)、有挑戰(zhàn)、高投入、高認(rèn)知，并獲得意義的學(xué)習(xí)過程。深度學(xué)習(xí)強調(diào)理解，具有聯(lián)想與建構(gòu)、活動與體驗、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價值與評價等特征，其目的是指向人的全面發(fā)展，是形成學(xué)生核心素養(yǎng)的基本途徑。初中物理“杠桿”一節(jié)，教師常直接拋出力臂概念，這樣的方式不符合知識的螺旋結(jié)構(gòu)特征，學(xué)生被動接受“力臂”概念，沒有觸及“力臂”的本質(zhì)概念，在遇到涉及“力臂”的實際問題時，往往不能正確利用力臂概念解決實際問題，找準(zhǔn)力臂。

筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生常常認(rèn)為力臂是“支點到力的作用點的距離”，但實際上力臂定義為“支點到力的作用線的距離”。對此筆者自制了一個教具（此教具在2018年江蘇省初中物理實驗創(chuàng)新評比中獲得省級二等獎），讓學(xué)生在操作和親身體驗中真正感受力臂的本質(zhì)含義。

該教具主體是一個直徑為40 cm的透明圓盤（如圖1），在圓心O處鉆孔，中心需要穿過一個鐵制轉(zhuǎn)軸，所以孔的半徑必須略大于鐵質(zhì)轉(zhuǎn)軸的半徑，以確保能讓圓盤以O(shè)點為轉(zhuǎn)軸順利地自由旋轉(zhuǎn)起來，A點距離圓心O是8 cm，連接OA，并延長成為一條直徑，而B點與G點都在這條直線上，OB=OG=26 cm。過A點作一條垂直于OA的直線，點C、D、E、F是該垂線上的任意點。確定好圓盤各點以后，便將每個點做好標(biāo)記，以便之后打孔。整個圓盤采用塑料板制成，在板上所有畫點的地方打上孔，孔的大小確保能夠放入掛鉤，每個掛鉤的質(zhì)量須保持一致，以保證實驗的科學(xué)性。最后為了增加可視性和美觀性，在塑料板做的圓盤表面覆蓋上一層白紙，用黑色記號筆標(biāo)出各點以及如圖1所示的三條虛線，兩條為圓盤的直徑，另外一條為力的作用線。在圓心處穿過一個長柄螺絲作為轉(zhuǎn)軸，并用螺片與螺母前后固定圓盤，使其旋轉(zhuǎn)時不會左右擺動。將轉(zhuǎn)軸放置于自制的鐵架臺上，鐵架臺高度至少大于圓盤的半徑，同時也需要一定的寬度，這樣圓盤轉(zhuǎn)動起來既不會觸碰地面，也不會讓掛鉤觸碰到鐵架臺。

實驗前，首先要啟發(fā)學(xué)生，圓盤也是一個杠桿。它同樣具有杠桿的五個要素，當(dāng)圓盤作為杠桿時，它的支點就是O點。實驗分為以下幾個步驟：

第一步，在B點處豎直懸掛100 g的砝碼，讓學(xué)生自己在G點處懸掛砝碼，如果將B點處的鉤碼重力看作動力的話，那么在G點處的鉤碼應(yīng)該就是阻力。學(xué)生會發(fā)現(xiàn)在G點處掛的鉤碼大于100 g或者小于100 g都會讓圓盤旋轉(zhuǎn)起來。由此可以讓學(xué)生明白，如果掛上鉤碼圓盤靜止，說明杠桿處在平衡轉(zhuǎn)態(tài)，如果杠桿旋轉(zhuǎn)，則杠桿處于非平衡狀態(tài)，學(xué)生初步認(rèn)識到圓盤杠桿的工作原理。

第二步，根據(jù)所學(xué)杠桿的平衡條件，學(xué)生能很容易回答出，如果在G點處懸掛一個100 g的鉤碼，圓盤將不再旋轉(zhuǎn)（杠桿平衡），此時如果提問：動力臂與阻力臂是什么？學(xué)生可以立刻在圓盤上讀出動力臂與阻力臂分別為OB與OG。

第三步，將鉤碼從OB換到OA，由于動力臂變?yōu)樵瓉淼亩种?，那么根?jù)杠桿的平衡條件，動力需要變?yōu)樵瓉淼膬杀?，?dāng)A處掛上200 g的鉤碼時，杠桿平衡，學(xué)生能快速回答出此時的動力臂為OA。

第四步，提問：如果將A點的200 g砝碼掛到C、D、E、F處，杠桿還能保持平衡嗎？由于之前關(guān)于力臂的概念掌握不牢固，有些學(xué)生會認(rèn)為圓盤會旋轉(zhuǎn)，實驗證明圓盤并有旋轉(zhuǎn)。這時再提問，鉤碼掛在C、D、E、F時的力臂長短與鉤碼在A時的長短有沒有區(qū)別？因為明顯的實驗現(xiàn)象，學(xué)生會明白鉤碼掛在A、C、D、E、F時，力臂的長短是一樣的，即能夠明白力臂其實是支點到鉤碼重力作用線的距離。

在制作此教具過程中，筆者也遇到許多問題，并積極尋找解決方法。第一，雖然每個掛鉤的質(zhì)量是一樣的，但是由于圓盤兩側(cè)裝的掛鉤數(shù)量不同，所以掛鉤上不放任何鉤碼時沒有辦法在圖1所示的情況下保持平衡狀態(tài)，所以筆者在G點背面粘了幾個螺母用來平衡圓盤另一側(cè)掛鉤的重力。第二，由于圓盤自身重力較大，轉(zhuǎn)軸對于鐵架臺的壓力也較大，由此帶來的系統(tǒng)摩擦力會變得很大。當(dāng)杠桿兩端已經(jīng)滿足杠桿平衡條件時，杠桿是傾斜的，無法在正確的位置保持平衡狀態(tài)。所以筆者把長柄螺絲（轉(zhuǎn)軸）兩側(cè)的螺紋用機械磨成光滑的，減小整個裝置的摩擦力。第三，因為圓盤較小，所以直接在E處掛鉤碼可能會讓鉤碼觸碰到下方A處的掛鉤，導(dǎo)致鉤碼是傾斜的，改變了力臂的大小，為此下方需要懸掛多個鉤碼，那么可以用線將掛鉤與鉤碼系在一起，從而避免這一問題。

由于學(xué)生對實驗是非常感興趣的，所以課堂反饋也很積極，同樣也產(chǎn)生了許多知識遷移。第一，學(xué)生一致認(rèn)為圓盤狀的杠桿很新穎，在學(xué)生的前概念中，總是認(rèn)為杠桿只是一個硬棒，現(xiàn)在竟然還能構(gòu)造成一個圓盤。學(xué)生特別喜歡在測試前轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，并且討論圓盤的平衡狀態(tài)是怎么樣的一種運動狀態(tài)。第二，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)在教具兩邊不懸掛任何物體的情況下，轉(zhuǎn)盤一定會回到某一位置，對此有的學(xué)生認(rèn)為這是因為轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量分布不均勻，有的學(xué)生認(rèn)為是左右兩側(cè)掛鉤的重力讓圓盤只有在某一位置才滿足杠桿的平衡條件。當(dāng)然學(xué)生的說法都有一定的道理，從不同的角度出發(fā)，所得到的猜想也是不相同的。第三，接著第二點，有的學(xué)生就發(fā)現(xiàn)了圓盤背后的螺母片，由此提出問題：螺母片的質(zhì)量是多少呢？對此，學(xué)生動手把圓盤上所有的掛鉤卸下來測量質(zhì)量，根據(jù)杠桿的平衡條件，計算出螺母片的質(zhì)量。

這種猜想和計算是很有意義的。學(xué)生能通過認(rèn)識實驗裝置，自己動手操作，仔細(xì)體會教具的每個細(xì)節(jié)，豐富學(xué)習(xí)經(jīng)歷，產(chǎn)生反思性、批判性思維，提升學(xué)習(xí)的畫面感和成就感。這表明只要教師開動腦筋，學(xué)生的深度學(xué)習(xí)是可以引導(dǎo)的，可操作的，也是有效果的。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤小平.學(xué)歷案與深度學(xué)習(xí)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

[2]郭元祥.論深度教學(xué)：源起、基礎(chǔ)與理念[J].教育研究與實驗，2017（03）.

作者簡介：施俊濤（1996-），男，江蘇蘇州人，中學(xué)二級教師，從事物理教學(xué)與研究。