創(chuàng)設(shè)情境體驗(yàn) 自主建構(gòu)知識(shí)
——以《杠桿》教學(xué)為例實(shí)錄與分析

岳敏瑜

(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué) 215000)

物理教學(xué)中，不斷創(chuàng)設(shè)新情景，不僅能大大加深學(xué)生的體驗(yàn)感，也有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情.教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自身體驗(yàn)，逐漸引起認(rèn)知沖突，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維.

1 背景介紹

新課程改革中提出：教師需要培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和探究能力，將課堂的主體地位歸還給學(xué)生，努力培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)能力.在教學(xué)中，我們需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)不同的情景，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率.

蘇科版九上第11章第一節(jié)《杠桿》的教學(xué)內(nèi)容包含了：認(rèn)識(shí)杠桿及杠桿五要素和杠桿的平衡條件及其應(yīng). “力臂”概念該如何引入？杠桿的平衡條件如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究？這些都是本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重難點(diǎn).課堂教學(xué)中，教師通過(guò)巧設(shè)情境，設(shè)疑激趣，引起認(rèn)知沖突，讓學(xué)生從知識(shí)萌芽狀態(tài)開(kāi)始慢慢地生長(zhǎng)發(fā)芽.探究活動(dòng)由初步體驗(yàn)后再進(jìn)一步深入探究，巧妙鋪設(shè)臺(tái)階，一步一步接近本質(zhì).努力營(yíng)造師生互動(dòng)、平等交流的氛圍，在一個(gè)個(gè)情景鋪設(shè)中，促進(jìn)學(xué)生積極體驗(yàn)，從認(rèn)識(shí)杠桿到杠桿平衡的探究，自主建構(gòu)知識(shí)，最終順利突破難點(diǎn).

2 教學(xué)過(guò)程實(shí)錄

片段一：認(rèn)識(shí)杠桿

師：通過(guò)圖1的體驗(yàn)活動(dòng)，請(qǐng)大家來(lái)找一找，這些工具在使用時(shí)有哪些共同點(diǎn)？

圖1

生：都繞著一個(gè)固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，受到一個(gè)促使轉(zhuǎn)動(dòng)的力和一個(gè)阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的力.

師：工具本身有些什么特點(diǎn)呢？

生：有直的有彎的，都是硬的.

師：物理學(xué)中，把在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒稱為杠桿.

片段二：感知杠桿平衡狀態(tài)

按如圖2的體驗(yàn)活動(dòng)將一鉤碼固定在杠桿上，然后將一根橡皮筋套在杠桿上，通過(guò)拉橡皮筋的方式，使杠桿達(dá)到靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng).

圖2 圖3

師：通過(guò)以上體驗(yàn)物理上把靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)稱為杠桿平衡狀態(tài).

片段三：力臂概念的構(gòu)建

師：通過(guò)圖3的體驗(yàn)活動(dòng)，大家發(fā)現(xiàn)“施力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離”和“力的方向”會(huì)影響杠桿平衡，老師今天帶來(lái)一個(gè)自制的圓盤(pán)，我們來(lái)借助它再次深入探究一下到底是什么因素在影響平衡.

師出示自制教具，將重物A固定在杠桿一端作為阻力，并保持阻力、阻力作用點(diǎn)位置不變，將重物B掛在支點(diǎn)另一側(cè)，移動(dòng)重物B使杠桿平衡，描下此時(shí)拉力作用線的痕跡，如圖4所示.

圖4

師：我們用同樣的重物B，嘗試改變懸掛點(diǎn)，也就是改變“支點(diǎn)到力作用點(diǎn)的距離”，是否能找到讓杠桿繼續(xù)保持平衡的懸掛點(diǎn)呢？

生：(疑惑，質(zhì)疑……)

師演示：改變重物B的懸掛點(diǎn)，使杠桿再次達(dá)到平衡.

師：同樣的力，改變了施力點(diǎn)，也就是改變了力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離，但依然可以使杠桿平衡，可見(jiàn)影響杠桿平衡的那個(gè)“距離”不是支點(diǎn)到力作用點(diǎn)的距離.

師：看來(lái)，這“點(diǎn)到線的距離”對(duì)杠桿平衡有著重要意義.我們?cè)賴L試改變這個(gè)距離，看杠桿是否能平衡.

(師演示將重物B掛在虛用線以外的地方，杠桿不能保持平衡.)

師：請(qǐng)同學(xué)再討論：圖3中力④和③，相同的作用點(diǎn)，方向變了，拉力大小也會(huì)變，可能是什么原因？

生：斜著拉的時(shí)候“支點(diǎn)到力作用線的距離”變了.

師：看來(lái)“支點(diǎn)到力作用線的距離”確實(shí)影響著杠桿的平衡.這個(gè)重要的“距離”在物理上我們稱作為“力臂”.

設(shè)計(jì)意圖：“力臂”概念的教學(xué)設(shè)計(jì)，是本節(jié)課的一個(gè)亮點(diǎn).“力臂”是本節(jié)內(nèi)容的的重難點(diǎn)，為了幫助學(xué)生有效建構(gòu)“力臂”這一抽象概念，引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)活動(dòng)中初步感知力作用點(diǎn)不同，改變了支點(diǎn)到力作用點(diǎn)的距離，似乎這個(gè)“距離”影響著杠桿的平衡；為了進(jìn)一步深入探究，教學(xué)中借助高中物理“力矩盤(pán)”的知識(shí)，巧妙改造，自己制作了毛坯“力矩盤(pán)”，用相同的鉤碼拉力矩盤(pán)，改變不同的施力點(diǎn)尋找相同的平衡，最后描出不同的力作用線的痕跡，發(fā)現(xiàn)這些雖然作用點(diǎn)不在同一點(diǎn)，但力作用線在同一直線，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，影響杠桿平衡的重要“距離”并不是支點(diǎn)到力作用點(diǎn)的距離，而是支點(diǎn)到力作用線的距離，從而認(rèn)識(shí)“力臂”概念.此過(guò)程將這個(gè)抽象的概念，讓學(xué)生在一個(gè)個(gè)情境中不斷生疑、思考、體驗(yàn)中，最終達(dá)到順利構(gòu)建.

對(duì)學(xué)生而言，一個(gè)新的概念是陌生的，需要給他們搭建一個(gè)個(gè)的階梯，從表象的感知，到猜想，到最后實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，通過(guò)實(shí)踐一步步深入到本質(zhì)，相比“告知型”的教學(xué)，學(xué)生只是機(jī)械的“知道”，這樣體驗(yàn)式的教學(xué)對(duì)概念的理解一定能讓學(xué)生印象更加深刻.”

片段四：實(shí)驗(yàn)探究

(學(xué)生猜想影響杠桿平衡的因素：動(dòng)力、阻力，動(dòng)力臂，阻力臂)

(師演示如圖5所示的質(zhì)量均勻的杠桿，放手后杠桿掉下)

圖5 圖6

師：老師手中的這根杠桿，放手后為什么不能保持平衡？

生：受杠桿自重的影響

師：如何盡量減小杠桿自重對(duì)平衡的影響？

生：調(diào)節(jié)杠桿使它在水平位置平衡.

師：實(shí)驗(yàn)中我們用的杠桿，跟天平類似，兩端有平衡螺母，我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在水平位置平衡，如圖6所示.

師：實(shí)驗(yàn)中如何測(cè)量動(dòng)力和阻力？

生：用鉤碼或者彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)施力

師：如圖7所示，兩個(gè)杠桿靜止在如圖位置，是否達(dá)到平衡？為什么？

圖7

生：平衡，因?yàn)槎继幱陟o止?fàn)顟B(tài).

師：實(shí)驗(yàn)時(shí)，哪種位置更便于我們測(cè)力臂？

生：水平位置

實(shí)驗(yàn)探究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格(如圖8所示)，歸納結(jié)論.

圖8

得出杠桿的平衡條件：F1l1=F2l2

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象到猜想，再回歸到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

片段五：視頻素材情境再體驗(yàn)

例題：視頻中的鼎重2500N，掛在杠桿A點(diǎn)，如圖9所示，人在B點(diǎn)用豎直向下的力拉，已知OA=3m，OB=9m，不計(jì)杠桿自重，人要用多大的力才能使杠桿保持平衡？

圖9

師：請(qǐng)同學(xué)利用今天所學(xué)知識(shí)，思考：一個(gè)質(zhì)量為80千克的人能成功將鼎拉起來(lái)嗎？如果不能，你有什么辦法可以改進(jìn)

設(shè)計(jì)意圖：利用所學(xué)新知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題，揭秘視頻中“四兩撥千斤”的奧秘，首尾呼應(yīng).

【教學(xué)反思】本節(jié)課通過(guò)大量的親身體驗(yàn)讓學(xué)生先了解身邊簡(jiǎn)單機(jī)械的工作方式，逐漸總結(jié)出其中的共同特點(diǎn)，從而經(jīng)過(guò)老師的整合，得到杠桿的基本結(jié)構(gòu)和定義.

“力臂”概念的引入和構(gòu)建是本節(jié)課的重難點(diǎn).“力臂”比較抽象，學(xué)生看不見(jiàn)也摸不著，但是學(xué)生能從實(shí)驗(yàn)初探中很直觀的看到施力點(diǎn)不同，對(duì)杠桿平衡有影響；進(jìn)而繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，相同大小的力改變不同施力點(diǎn)，同樣實(shí)現(xiàn)相同的平衡，由此再認(rèn)識(shí)到真正影響杠桿平衡的“距離”是支點(diǎn)到力作用線的垂直距離—力臂.學(xué)生通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，從而找出“力臂”，將很抽象的概念比較直觀的找出來(lái)，印象深刻，也能比較清晰地區(qū)分“支點(diǎn)到力作用點(diǎn)”這個(gè)錯(cuò)誤概念.

最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，找尋杠桿平衡條件.在理解杠桿平衡條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)而能用來(lái)解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題.