利用杠桿原理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

王健民

素質(zhì)教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力．對(duì)中學(xué)生來說，創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在學(xué)生具有創(chuàng)新的意識(shí)和思維上，創(chuàng)新往往從疑問和驚訝開始，學(xué)生有疑問才會(huì)進(jìn)一步思考和探索，才能有所發(fā)現(xiàn)，有所創(chuàng)新．如果在教學(xué)中重視把教學(xué)和引導(dǎo)學(xué)生求異質(zhì)疑相結(jié)合，注意為學(xué)生提供發(fā)現(xiàn)問題和應(yīng)用知識(shí)的機(jī)會(huì)和創(chuàng)造性解決問題的條件，學(xué)生的創(chuàng)造性思維就可以得到培養(yǎng)和發(fā)展．物理定律的發(fā)現(xiàn)和完善過程都是人們運(yùn)用創(chuàng)造性思維不斷創(chuàng)新的過程，在發(fā)現(xiàn)定律的過程中所創(chuàng)造出來的科學(xué)方法是人類極其寶貴的財(cái)富．因此，利用物理定律教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是一個(gè)極好途徑，本文以初中物理“杠桿原理”一課為例探討在物理定律教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方法．

一、知識(shí)準(zhǔn)備

探索和創(chuàng)新都是在一定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，沒有一定的知識(shí)基礎(chǔ)，根本談不上探索、創(chuàng)新．學(xué)生若要順利進(jìn)行探索，就必須有一定的知識(shí)準(zhǔn)備．為此在“杠桿原理”的教學(xué)中，有必要使學(xué)生確切了解“力臂是支點(diǎn)到力的作用線的距離”這一概念，并能熟練作出作用在杠桿上的各種力的力臂．因此要求學(xué)生做適當(dāng)?shù)尼槍?duì)性練習(xí)，特別強(qiáng)調(diào)與杠桿垂直的力的力臂(支點(diǎn)到該力的作用點(diǎn)的距離)，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，同時(shí)明確杠桿平衡是指杠桿在動(dòng)力和阻力作用下處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，其中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)是指杠桿繞支點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．

二、提出質(zhì)疑

發(fā)現(xiàn)問題、產(chǎn)生驚訝、提出疑問是激發(fā)學(xué)生求知欲，使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，成為學(xué)習(xí)主體的最好辦法．為此，演示如下實(shí)驗(yàn)：用細(xì)線穿過硬桿中間的小孔并把硬桿掛在鐵架臺(tái)上作為杠桿，調(diào)節(jié)杠桿兩端螺母，使杠桿處于水平位置平衡．在支點(diǎn)左邊10cm處掛3個(gè)50g的鉤碼，在支點(diǎn)右邊6cm處掛5個(gè)50g的鉤碼，并使杠桿處于水平位置平衡；保持所掛位置不變，杠桿兩邊各加掛一個(gè)相同的鉤碼，觀察杠桿是否能保持平衡?杠桿不能保持平衡是因?yàn)閯?dòng)力和阻力改變引起，這說明杠桿的平衡與什么有關(guān)?除去所加鉤碼，使杠桿重新恢復(fù)平衡，再把掛鉤碼的位置到支點(diǎn)的距離各加大2cm，觀察杠桿是否還能保持平衡?杠桿不能保持平衡是因?yàn)閯?dòng)力臂、阻力臂變化引起，這又說明杠桿的平衡與什么有關(guān)?然后讓學(xué)生分析、歸納得出結(jié)論：杠桿的平衡與動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力和阻力臂有關(guān)．此時(shí)，抓住時(shí)機(jī)提出問題：動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力和阻力臂之間存在著什么樣的關(guān)系時(shí)才能使杠桿平衡?這樣通過創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)奈锢砬榫呈箤W(xué)生對(duì)問題產(chǎn)生強(qiáng)烈的探求欲望，迅速進(jìn)入學(xué)習(xí)角色當(dāng)中．

三、實(shí)驗(yàn)研究

1．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

有目的的實(shí)踐探索過程，都必須先設(shè)計(jì)好方案、計(jì)劃，而具體的方案設(shè)計(jì)又需要學(xué)生具有獨(dú)立思考、大膽猜想及豐富的想像力，這是發(fā)揮學(xué)生積極性和提高學(xué)生聰明才智，培養(yǎng)學(xué)生探索能力和創(chuàng)造精神的好方法．為此，可提供給學(xué)生鐵架臺(tái)、50g的鉤碼若干、兩端帶螺母有刻度且中間有小孔的硬桿、彈簧秤、細(xì)線等器材；要求學(xué)生分組討論并根據(jù)提供的器材設(shè)計(jì)一個(gè)研究動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力和阻力臂之間存在著什么樣的關(guān)系時(shí)才能使杠桿平衡的實(shí)驗(yàn)方案．在此過程，教師要注意了解學(xué)生的設(shè)計(jì)情況，然后，對(duì)較合理、有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案作出肯定、表揚(yáng)，使學(xué)生樹立創(chuàng)新的信心和勇氣．接著提出具體的實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)方案：用細(xì)線穿過硬桿中間的小孔并把硬桿掛在鐵架臺(tái)上作為杠桿，線與桿的接觸點(diǎn)即為支點(diǎn)；調(diào)整杠桿兩端的螺母，使杠桿處于水平位置平衡；分別用細(xì)線把鉤碼掛在支點(diǎn)的兩邊，使杠桿重新處于水平位置平衡；此時(shí)，掛在杠桿上的鉤碼的重分別等于杠桿的動(dòng)力和阻力，所掛鉤碼處到支點(diǎn)的距離分別為動(dòng)力臂、阻力臂．最后把實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)填入下表．

2．實(shí)驗(yàn)操作

物理定律往往是在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過分析、計(jì)算、推理、歸納而得出的，認(rèn)真做好物理實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和實(shí)踐能力具有十分重要的意義．在教師的指導(dǎo)下讓學(xué)生分組完成以下實(shí)驗(yàn)步驟(右邊掛的鉤碼對(duì)杠桿的拉力作為阻力，左邊掛的鉤碼或彈簧秤對(duì)杠桿的拉力作為動(dòng)力)：①在杠桿支點(diǎn)右邊8cm處掛3個(gè)鉤碼，左邊掛2個(gè)鉤碼并調(diào)節(jié)所掛位置，使杠桿處于水平位置平衡，記下此時(shí)的動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力和阻力臂；②保持右邊所掛鉤碼個(gè)數(shù)及位置不變，左邊改為掛4個(gè)鉤碼并調(diào)節(jié)所掛位置，使杠桿重新處于水平位置平衡，記下此時(shí)的動(dòng)力和動(dòng)力臂；③保持右邊所掛鉤碼個(gè)數(shù)及位置不變，左邊改掛6個(gè)鉤碼并調(diào)節(jié)所掛位置，使杠桿重新處于水平位置平衡，記下此時(shí)的動(dòng)力和動(dòng)力臂．對(duì)操作熟練，完成得快又好的實(shí)驗(yàn)小組作出表揚(yáng)，使學(xué)生樹立探索實(shí)踐的信心．

3．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)的目的是為了能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，得出物理規(guī)律．在不能直接從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出結(jié)論找到規(guī)律時(shí)，就需要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、計(jì)算、推理、歸納，才能發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性．因此，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大膽的進(jìn)行假設(shè)、猜想、推理，讓學(xué)生有一定的時(shí)間來討論、思考，這是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造精神，提高推理能力和歸納能力的好辦法．分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：在阻力和阻力臂不變的條件下，動(dòng)力變?yōu)樵瓉淼腘倍，要保持杠桿平衡，動(dòng)力臂則應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?／N，由此不難看出，杠桿的左邊隱含著一個(gè)不變的因素，此因素是什么?與右邊對(duì)應(yīng)的因素是否相等?杠桿平衡時(shí)是否都符合此條件?

讓學(xué)生再用下面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證：在杠桿支點(diǎn)的右邊10cm處掛6個(gè)50g的鉤碼，用彈簧秤在右邊15cm處豎直向上拉杠桿，使杠桿處于水平位置平衡，記下此時(shí)的動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力和阻力臂．那么，動(dòng)力乘以動(dòng)力臂與阻力乘以阻力臂是否相等?

四、得出結(jié)論

通過上面的實(shí)驗(yàn)，很容易得出杠桿平衡條件(杠桿原理)：動(dòng)力乘以動(dòng)力臂等于阻力乘以阻力臂．

五、知識(shí)運(yùn)用

學(xué)生通過親身探索、分析、推理，“發(fā)現(xiàn)”了杠桿原理，使學(xué)生體會(huì)到了成功的喜悅，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．為了使學(xué)生能對(duì)新知識(shí)有更深的理解，及時(shí)提出一些日常生活中的問題，并能應(yīng)用自己“發(fā)現(xiàn)”的原理去解決，這進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新欲望和創(chuàng)新信心．

實(shí)踐使我們認(rèn)識(shí)到，在物理定律教學(xué)過程中，要培養(yǎng)好學(xué)生的創(chuàng)新能力并不是一件很容易的事情，作為教師本身也應(yīng)具有很強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，相信學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能起主體作用，留給學(xué)生一定的學(xué)習(xí)空間和時(shí)間，為學(xué)生的發(fā)展創(chuàng)設(shè)必要的條件，營造創(chuàng)新的氛圍和創(chuàng)造寬松的環(huán)境，如在杠桿原理教學(xué)中讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和討論分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這就為學(xué)生營造了創(chuàng)新的氛圍，使學(xué)生的稟賦和潛能得到自由、充分的發(fā)展，使學(xué)生的創(chuàng)造能力也得到了提高，很好地體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用．