“探究杠桿的平衡條件”是課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的學(xué)生必做探究類實驗之一。在實際教學(xué)過程中，我發(fā)現(xiàn)教材中的實驗方案會對學(xué)生的學(xué)習(xí)造成諸多困擾，因此我對其進(jìn)行了改進(jìn)。

一、教材實驗方案及缺點(diǎn)

通過查閱不同版本的物理教材，包括滬粵版、人教版和北師大版，我發(fā)現(xiàn)教材中關(guān)于“探究杠桿的平衡條件”實驗方案都是相同的，如圖1所示。

教材中的實驗方案為：首先調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿處于水平平衡狀態(tài)，接著在杠桿兩邊分別掛上數(shù)量不同的鉤碼，用F1、F2表示鉤碼的拉力，用L1、L2表示鉤碼離開O點(diǎn)的距離，再改變鉤碼數(shù)量和它們離開O點(diǎn)的距離，使杠桿處于水平平衡狀態(tài)，記錄各次實驗所得的數(shù)據(jù)。

在這個實驗方案中，杠桿始終保持水平平衡狀態(tài)，力始終在豎直方向，其優(yōu)點(diǎn)是方便測量力臂，便于學(xué)生直接在杠桿上讀出力臂的大小，但存在以下缺點(diǎn)。

1.學(xué)生會誤以為只有水平位置才是平衡位置。

當(dāng)教材裝置的杠桿不在水平位置時，學(xué)生很難測量出力臂。因此，在每次做實驗時，我都會讓學(xué)生確保杠桿處于水平平衡狀態(tài)。

實際上，杠桿平衡并不一定需要在水平位置，杠桿平衡的條件可以在杠桿的任意位置實現(xiàn)。在實驗過程中總是使杠桿保持水平平衡，可能會讓學(xué)生誤認(rèn)為杠桿只有在水平位置時才能實現(xiàn)平衡。

2.學(xué)生容易誤以為力臂就是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。

每次實驗時，學(xué)生都會讓杠桿處于水平平衡狀態(tài)，力的方向始終處于豎直方向，這樣力臂剛好等于支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。由此，很多學(xué)生誤以為力臂就是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。

杠桿的水平平衡不具有普遍性，在實際情況中，杠桿能在非水平位置實現(xiàn)平衡，此時力的方向可能與杠桿不垂直，力臂也不一定在杠桿上。實驗中始終使杠桿保持水平平衡狀態(tài)，不利于學(xué)生認(rèn)識力臂的本質(zhì)。

3.學(xué)生憑感覺判斷杠桿是否水平平衡，而“感覺”不能作為科學(xué)依據(jù)。

學(xué)生在進(jìn)行杠桿實驗時，僅憑直觀感受去判斷杠桿是否達(dá)到水平平衡狀態(tài)，雖然方法簡單直接，但這是一種較為主觀的做法?？茖W(xué)探索講究的是客觀事實與精確測量，而非個人的“感覺”。

二、創(chuàng)新實驗方案及裝置

我在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，只要對現(xiàn)有器材稍加改造，就可以避免上述困擾。具體而言，利用一小段線槽、一把刻度尺（也可在線槽上自畫刻度）、三根線和一個鉤碼即可完成改造。

1.在線槽上貼上刻度尺，并在中間打孔，如圖2所示。

2.微調(diào)刻度尺長度，使其剛好水平平衡，水平位置利用自制水平儀判定，如圖3所示。

3.將原杠桿放在剛做好的刻度尺前，如圖4所示。

三、改進(jìn)后的方案優(yōu)點(diǎn)

1.水平平衡有依據(jù)。

改進(jìn)后的實驗方案使用水平儀來檢測杠桿是否完全水平，從而更科學(xué)地驗證平衡狀態(tài)。這樣做不僅能增強(qiáng)實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，還能培養(yǎng)學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度解決問題的能力。

2.杠桿不限于水平位置平衡，在各個位置平衡時都可以讀出力臂。

如圖5所示，杠桿在非水平位置平衡，利用一根線可構(gòu)造出直角三角形，從自制刻度尺上可直接讀出力臂，將線向上拉即可讀出右邊的力臂。這樣既能加強(qiáng)學(xué)生對平衡位置的理解，又能深化學(xué)生對力臂的認(rèn)識。

3.力不限于豎直方向，各個方向的力都可以讀出力臂。

如圖6所示，無論杠桿在哪個位置平衡，無論力在哪個方向，利用一根線都可構(gòu)造出直角三角形，從自制刻度尺上即可讀出力臂。

4.學(xué)生借助裝置可深入理解知識。

利用改進(jìn)方案中的裝置授課，有助于學(xué)生深入理解力臂和平衡位置，深化對杠桿平衡條件的認(rèn)識。學(xué)生不會誤以為支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離就是力臂，也不會認(rèn)為只有水平平衡才是平衡位置。而且在改進(jìn)的實驗裝置中，杠桿可以在各個方向平衡，實驗的結(jié)論更具科學(xué)性和普遍性。

四、檢驗應(yīng)用

這是2019年安徽省中考題目：

如圖7所示，一輕桿AB懸于O點(diǎn)，其左端掛一重物，右端施加一個與水平方向成30°的力F，此時輕桿水平平衡。若重物質(zhì)量m＝3 kg，BO＝3AO，g取10 N/kg，則力F的大小為N。

我擔(dān)任學(xué)校八年級四個班級的物理教師，在其中兩個班用教材傳統(tǒng)實驗方案開展教學(xué)，在另外兩個班用自制的創(chuàng)新實驗方案開展教學(xué)。同時，我將此題添加至課堂小測中，以檢驗四個班級的教學(xué)效果。

結(jié)果顯示，使用教材傳統(tǒng)實驗方案進(jìn)行學(xué)習(xí)的兩個班級，總共只有5名同學(xué)給出了正確答案，大多數(shù)同學(xué)都認(rèn)為答案是10 N。究其原因，很多同學(xué)誤將OB當(dāng)作力F的力臂。

相比之下，采用我自制的創(chuàng)新實驗方案進(jìn)行學(xué)習(xí)的另外兩個班級，總共有29名學(xué)生答對了題目，正確率是前者的近6倍。這說明，創(chuàng)新實驗方案能顯著提升教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識點(diǎn)。

五、結(jié)語

本改進(jìn)方案中所用裝置制作簡單，操作方便，而且經(jīng)過檢驗發(fā)現(xiàn)對學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大幫助，比如經(jīng)過力臂的建構(gòu)過程，學(xué)生可以更好地理解力臂的本質(zhì)，這有效地突破了教學(xué)難點(diǎn)；改進(jìn)裝置中的杠桿不限于水平平衡位置，力不限于豎直方向，使結(jié)論更具科學(xué)性和普遍性。

好的教育應(yīng)該是面向未來的教育，“創(chuàng)新”是時代的主題。我們在學(xué)生心中撒下創(chuàng)新的種子，相信一定會生根、發(fā)芽、開花。

[此論文為課題“‘雙減’背景下初中物理課外創(chuàng)新實驗研究”（課題批準(zhǔn)號為：mjy2022081）的研究成果。]

（特約編輯" 藍(lán)泳茵）