焦 明

(南京師范大學附屬中學樹人學校，江蘇 南京 210036)

在蘇科版物理九年級第十一章第一節(jié)“杠桿”中，先通過“拔釘子”活動體驗生活中三種杠桿的使用過程，歸納出杠桿的定義；然后以螺絲刀撬圖釘為例，直接給出了與杠桿有關的五個名詞，即杠桿五要素。在授課中，筆者發(fā)現(xiàn)學生采用機械記憶的方法學習力臂概念，學習效果并不好。很多學生在后續(xù)的學習中還是不能正確理解力臂的概念,而且因為沒有深入理解，容易遺忘，導致在畫力臂或分析力臂時遇到困難。

學習進階理論指出：學生的學習過程是從簡單到復雜，連續(xù)地推理認知、發(fā)展的過程。[1]杠桿在生活中是隨處可見的簡單機械，對學生來說，雖然沒有深入研究，但有很多的生活體驗?！墩n程標準》要求教學要“從生活走向物理，從物理走向社會”。如果教師能夠從學生認知的角度創(chuàng)設貼近生活的真實情境來展開杠桿的概念教學，將大大降低學生理解的難度，激發(fā)學生學習的興趣。以下是筆者基于上述思考進行教學設計，取得了較好的教學效果。

1 精選生活情境，激發(fā)學習興趣

本節(jié)課以實驗視頻的方式引入：身強體壯的父親和稚氣的孩子進行了一次關于力量的較量：拉起重達兩噸的汽車。結果是爸爸費了九牛二虎之力，汽車紋絲不動；一年級的兒子略微用力，輕松獲勝(圖1)。

圖1

實驗視頻取材于生活中真實發(fā)生的事件，貼近學生的生活。雖然很多學生能預想到實驗的結果，但真實情境引發(fā)的認知沖突還是一下子激發(fā)了學生的求知欲。讓學生對這個能起到“四兩撥千斤”神奇作用的機械——杠桿產(chǎn)生了濃厚的興趣，為接下來的學習做好鋪墊。

2 通過情境類比，建立抽象模型

科學建模教學理論的提出者海斯特斯指出：“物理研究(學習)的過程即是對自然世界建模的過程。”模型建構是核心素養(yǎng)中科學思維的要素，[2]而初中生的思維正處于從形象思維到抽象思維過渡的階段， 建構模型更應該以真實情境為抓手。

所以在這節(jié)課中，筆者先讓學生充分體驗生活中熟悉的三個情境：用起子撬起釘子、用剪刀剪斷繩子和用鑷子夾取物體(圖2)，并向?qū)W生分別提出3個問題：

圖2

(1) 杠桿的材質(zhì)在軟硬程度上有什么共同點？

(2) 杠桿在工作中發(fā)生了怎樣的運動？

(3) 在什么條件下，杠桿才能發(fā)生這樣的運動？

依據(jù)生活體驗學生能很快總結出：杠桿是一根在力的作用下繞著固定點轉(zhuǎn)動的硬棒。這樣，學生不僅對杠桿的定義加深了印象，能夠舍棄次要因素，抽取出這些機械的共同特點，建立杠桿模型。

3 通過生活應用，激發(fā)認知沖突

建立杠桿模型只是第一步，本節(jié)課的教學難點是力臂概念的建立。在杠桿五要素中，對于支點、動力、阻力的概念學生很容易理解。但由于生活經(jīng)驗的局限性，多數(shù)學生對力臂缺乏準確的認識，會認為支點到力的作用點的距離就是力臂。在這樣的情況下，如果教師只是簡單地告知學生力臂的科學概念,學生只能是囫圇吞棗，還是會回到原來錯誤的前概念。在授課中，教師不僅不能回避學生對力臂有錯誤認知的事實，反而要多加利用?？梢詣?chuàng)設生活情境，激發(fā)認知沖突，幫助學生轉(zhuǎn)變概念。這節(jié)課中，筆者共創(chuàng)設了三個生活情境，幫助學生完成對力臂概念的學習進階。

圖3

(1) 進一步體驗剪刀剪繩子的過程。將繩子由A點向C點方向逐漸靠近支點O,在手位置不變的情況，體驗剪斷同樣一根繩子所需要的力大小是否相同(圖3)。學生發(fā)現(xiàn)：越靠近支點，剪斷繩子需要的力越小。

(2) 進一步分析孩子拉動汽車的原因。教師帶領學生對之前視頻中“父子較量”進行受力分析(圖4)，引導學生思考孩子獲勝的原因，此時多數(shù)學生通過分析，認為是支點到力的作用點距離很大。

圖4

(3) 利用實驗激發(fā)認知沖突。教師通過實驗再現(xiàn)視頻中的情境：利用杠桿可以用較小的力F1拉起較重的物體(圖5)。但當改變F1的方向時，彈簧測力計的示數(shù)會明顯增大(圖6)。對比兩次實驗，教師帶領學生繼續(xù)分析：在實驗的過程中，支點到動力和阻力作用點的距離并沒有發(fā)生變化，到底是什么因素導致了動力大小的變化呢？

圖5

圖6

三個生活情境環(huán)環(huán)相扣：第一個生活情境重在讓學生體驗、感受力臂的存在，發(fā)現(xiàn)隨著力臂的變化，動力大小在逐漸發(fā)生變化；第二個生活情境重在讓學生觀察，引導他們嘗試建構力臂的概念，雖然可能存在一定的錯誤，但勝在獨立思考；第三個生活情境重在讓學生分析，利用實驗激發(fā)認知沖突，為后面準確建構力臂的概念埋下伏筆。

通過對三個生活情境進行對比分析，能夠有效拉近學生與力臂這一陌生概念的距離；而且通過三個生活情境激發(fā)了認知沖突，深化了學生對力臂概念的思考。

4 通過實驗釋疑，提升思維品質(zhì)

在激發(fā)了認知沖突之后，筆者設計了下面的實驗：在一根直杠桿兩端各固定兩片完全相同的均勻打孔的鐵片,在兩塊鐵片上分別懸掛兩個質(zhì)量相等的掛鉤，左右兩側(cè)各懸掛一定數(shù)目的鉤碼使杠桿保持水平平衡。在本次實驗中，左側(cè)懸掛4個鉤碼，動力臂為12 cm；右側(cè)鉤碼用掛鉤懸掛在右側(cè)鐵片上，阻力臂為24 cm(圖7)。

圖7

師：此時杠桿已處于水平平衡，如果將右側(cè)鉤碼的懸掛點由A點換成B點，杠桿還能保持水平平衡嗎？

學生討論后，大部分同學不置可否。有的同學覺得不能保持，有的同學覺得能夠保持。教師實驗后發(fā)現(xiàn)杠桿還是繼續(xù)保持水平平衡。

教師引導學生分析這次實驗的杠桿模型，發(fā)現(xiàn)此時支點到力的作用點的距離在逐漸變大，而杠桿始終保持水平平衡(圖8)。那到底是什么因素會影響杠桿的平衡呢？經(jīng)過討論后學生會發(fā)現(xiàn)：在這次實驗中，支點到力的作用線的距離一直沒有發(fā)生變化！是不是支點到力的作用線的距離才是影響杠桿平衡的因素呢？

圖8

為了進一步驗證，教師引導學生對之前圖5和圖6所示的實驗進行分析(圖9、圖10)。通過作圖，學生發(fā)現(xiàn)：在拉起重物的過程中，雖然支點到動力作用點的距離沒有發(fā)生變化，但斜拉時，支點到動力作用線的距離明顯變小了，所以所需要的動力就變大了！此時學生便能順利地總結得出力臂的概念了。

圖9

圖10

物理來源于生活，又應用與生活。我們在教學中應該以學生看得見、摸得著的真實情境為抓手，貼近學生生活，才能引領學生從感性認識向理性認識發(fā)展；從學生真實的認知水平出發(fā)，才能真正地激發(fā)他們的學習興趣，提升學生的核心素養(yǎng)。