以問啟思 情智共進
——談蘇科版“杠桿”教學過程中的問題策略

■姜棟強

教學設計

“杠桿”在蘇科版《物理》教學內(nèi)容中是一節(jié)承上啟下的課，在這節(jié)課的教學過程中，我們不僅需要依托以前所學的力學知識開啟學生對簡單機械的認知，還需要引領學生的思維變遷，為后續(xù)的功、能、功率的學習打下思維基礎。為此，筆者在此通過問題和問題鏈的形式，引領學生突破思維瓶頸。

一、以問激趣，開啟思維之旅

興趣是第一要素。在課堂一開始，為充分激發(fā)學生的興趣，筆者為學生準備了豐富的工具。如圖1所示，讓學生用這些工具試著把圖釘拔出，并通過以下問題激發(fā)學生興趣，激勵學生參與。

圖1

問題1：你能徒手把這枚圖釘拔出來嗎？

學生迫不及待地想徒手把這枚圖釘拔出來，在碰壁以后，又異口同聲地回答“不能”。此時的參與興趣已經(jīng)被調(diào)動起來了。

問題2：你能用桌面上的這些器材把這枚圖釘拔出來嗎？

部分活躍的男生大聲喊出“能”，并躍躍欲試。此時的參與度再次被提升，幾乎將學生的興奮度調(diào)至最高。

問題3：我們一起來比一比，看看哪一組的方法多，再比一比哪一組的方法最巧妙、便捷，然后再派學生上來展示。

這一個問題的出現(xiàn)一方面平抑部分學生過度的興奮度，另一方面也將學生的興奮點轉移到對問題的思維中。學生思考的不僅是將圖釘拔出，還要運用更多的方法拔出來，并思考哪種更簡便、實用。

這一環(huán)節(jié)的3個問題能充分激發(fā)學生的興趣，步步深入，還能此起彼伏，將興趣慢慢引導到思維深處，為后續(xù)活動開展和思維深入奠定了基礎。

二、以追啟辨，開啟思辨之旅

體驗是為了建構學生對杠桿的初步認知，而為了讓學生對杠桿有更深的認知，我們需要對此進行追問，問題將成為啟發(fā)學生思維的紐帶。

問題1：通過剛才拔圖釘?shù)倪^程，你發(fā)現(xiàn)了這些工具本身都有哪些共同的特點？學生回答：硬的、長的、直的。針對這些回答，我們可以以追問的形式來激發(fā)學生思辨。

追問1：都是直的嗎？

生：不一定。

追問2：都一定很長嗎？

生：不一定。

追問3：但是，這些工具肯定都具有什么特征？

生齊聲：硬的。

師：所以我們可以將剛才的這些特點，用“硬棒”來描述。（畫一個硬棒，為了研究方便我們把它畫成直的，如圖2所示。）

圖2

問題2：這些硬棒在拔釘子的過程中都是怎么運動的？

生1：轉動。

生2：畫圓。（一邊說一邊比畫著。）

追問1：轉動時，是繞什么轉動的？再試一下。

生：繞一個點在轉動。

追問2：這個點動不動？

生：這點不動的。

追問3：這個棒的轉動是否需要力的作用？

生：需要一個力施加在這個工具上才能轉動。

追問4：轉動的過程中有沒有力在阻礙這根棒的轉動？

生：有。

追問5：這兩個力的作用效果相同嗎？各具有什么特點？

生：不同。它們使這根硬棒向不同方向轉動。

學生的思維隨著教師的不斷追問，開啟了自相碰撞。比如，這些工具到底是不是直的？到底是怎么轉動的？這些思辨的問題讓學生的思維發(fā)散得更開，讓我們所需要解決的問題也豁然開朗。在追問的過程中，教師順應著學生的回答生成相應的概念，即“在力的作用下繞一固定點轉動的硬棒稱之為杠桿”，其中支點、動力、阻力這三要素也一目了然，而教師也在相應的區(qū)域板書新的內(nèi)容，如圖3所示。

圖3

三、以動制靜，橋接思維盲點

力臂概念的理解在本節(jié)教學中是一個難點。雖然在蘇科版等多個教材中，力臂的引入是直接給出的，然而力臂的存在價值及其物理意義卻是不可忽略的。但是，鑒于課堂時間的限制，我們在力臂的詮釋過程中又不能花費太多的時間。因此，筆者采用實驗與問題相協(xié)調(diào)的方式，同步推進，以此橋接學生的思維盲點，讓學生明白有這么一個物理量，在今天的學習過程中，有其特定的價值與意義，并為后續(xù)的學習奠定基礎。

演示1：如圖4所示，在力F1的作用下，杠桿處于靜止狀態(tài)，并告知學生，當杠桿處于靜止或者勻速擺動狀態(tài)時，我們稱杠桿處于平衡狀態(tài)。

演示2：水平向右移動處于A位置的彈簧測力計，移至B位置時，發(fā)現(xiàn)F1變小了。

圖4

問題1：哪個物理量的改變導致F1變小的？

生：支點到動力作用點的距離發(fā)生改變而引起的。（學生一邊比畫，一邊回答。）

問題2：很好，同學們觀察得很仔細。我再試一次，你還發(fā)現(xiàn)了什么？（教師邊提問，邊將彈簧測力計移到如圖5所示的位置。）

圖5

生：此時支點到動力作用點的距離沒有發(fā)生改變，但是F1的大小卻發(fā)生了改變。

問題3：這現(xiàn)象又說明了什么？

生：不是“支點到動力作用點的距離”發(fā)生改變而影響F1的改變的。

此時，教師無須再花太多的時間去讓學生思考具體是哪一物理量在影響F1的改變，而是讓學生深刻感受到，這里存在一個物理量影響著F1的改變，對杠桿的平衡有著一定的影響，其意義與價值已經(jīng)成為學生的共識。此時我們只需要將彈簧測力計再次旋轉至圖6所示的位置，發(fā)現(xiàn)F1的大小再次和圖5所示一樣。此時教師就可以直接追問學生：你們發(fā)現(xiàn)，這里是不是有一個物理量才是真正影響F1大小的？它不變，F(xiàn)1就不變。在得到學生一致認可后，可以再告知學生什么是力臂。教師為此在板書上畫出動力臂和阻力臂，如圖7所示。

圖6

圖7

四、以練促思，開啟探究之旅

探究杠桿平衡條件是本節(jié)課的重點和難點。在開展探究性學習的過程中，學生參與探究的積極性不僅來自表象豐富多彩的實驗活動和體驗，還來自深入其中的思維之旅。在實驗體驗過程中發(fā)現(xiàn)，融合問題來精準啟思的對話，將深入激發(fā)學生的探究興趣和激情，為深入有效的探究提供無窮動力。筆者在這個環(huán)節(jié)采用“練、問”結合的方法，以此開啟探究之旅。

1.以練促思，吃透基本概念。

練習：如圖8所示，請你作出杠桿AB所受到的阻力和動力臂。

本題的練習從多個角度考查學生對杠桿五要素的理解。如力臂，此圖中它可以明顯區(qū)分“支點到力的作用線的距離”和“支點到力的作用點的距離”，學生通過作圖和對比，進一步理解力臂的概念。而作出阻力，也是本題的一個易錯點，凸顯了阻力和動力的作用點都是作用在杠桿上的。

圖8

2.實驗再現(xiàn)，開發(fā)探究思維。

教師將如圖4、5的實驗再次呈現(xiàn)給學生，并結合以下問題開啟學生對實驗細節(jié)的再次思考。

問題1：彈簧測力計從A點移到B點，此時杠桿仍然平衡嗎？

問題2：彈簧測力計從A點移到B點，彈簧測力計示數(shù)F1變小，你覺得是什么原因引起F1變化的？

問題3：彈簧測力計由圖4所示的位置旋轉到圖6所示的位置，此時F1再次發(fā)生變化，你覺得是什么原因？

問題4：由圖4到圖5，再到圖6，大家再仔細對比一下彈簧測力計F1的變化情況，你覺得要保持杠桿平衡，我們需要涉及哪些物理量？請你猜想，這些物理量之間應該滿足什么條件？你準備怎么探究杠桿平衡條件？

教師將演示實驗再次呈現(xiàn)給學生，并放慢實驗變化的過程，通過問題開拓學生的思維深度，引領學生通過觀察與對比、分析與思考，明確探究的方向，鎖定探究的策略。而教師則是將探究的細節(jié)作為信息呈現(xiàn)給學生，讓學生注意探究的細節(jié)，并進行實驗探究。等實驗數(shù)據(jù)收集齊全后，再引導學生生成 F1·L1=F2·L2，并在圖6的基礎上生成如圖9所示的板書。

圖9

3.細節(jié)深究，重溫實驗操作。

在學生實驗結論得出以后，我們還需要學生再結合整個實驗操作的細節(jié)，分析實驗細節(jié)操作的原因，啟發(fā)學生結合已有知識與技能，“知其然，更知其所以然”。而整個思考剖析過程，我們還是要還給學生的，讓學生結合已有的知識儲備，結合問題的方向，一一剖析實驗細節(jié)。

問題1：杠桿處于如圖10所示的位置靜止，杠桿此時是平衡狀態(tài)嗎？

圖10

問題2：此時杠桿的重心偏向哪里？

問題3：如果進行實驗探究，在這個杠桿兩端分別掛鉤碼、拉彈簧測力計，你覺得有幾個力要讓杠桿轉動？

問題4：為此，你覺得該怎樣避免杠桿自重對實驗的影響呢？

問題5：在每次實驗中，都要用彈簧測力計拉動杠桿，使杠桿重新處于水平位置平衡，你覺得這樣做又是為什么？實驗測量中能否再旋轉平衡螺母？

這些問題配合適當?shù)膶嶒灱毠?jié)再現(xiàn)，讓學生重溫細節(jié)操作的關鍵所在，真正通過問題再次提升學生實驗設計和分析的能力。對于學習能力較強的班級，我們可以直接呈現(xiàn)以下三個問題，讓學生通過小組交流、討論來達成。

問題1：實驗時，先調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，這是為什么？

問題2：在每次實驗中，都要用彈簧測力計拉動杠桿，使杠桿重新處于水平位置平衡，這樣做又是為什么？實驗測量中能否再旋轉平衡螺母？

問題3：完成第一次實驗數(shù)據(jù)采集后，你能否根據(jù)這組數(shù)據(jù)得出實驗結論？為什么？

在此教學過程中，我們結合教學內(nèi)容，通過問題引領、實驗體驗等形式，將學生的學習興趣和思維動力引領到教學活動之中，讓學生因為體驗而深入其中，因為問題而有的放矢，因為對比和總結而豁然開朗，以此達成情與智的并駕齊驅，而學生的核心素養(yǎng)也在活動參與中得到實實在在地提升。