應(yīng)用自制教具突破力臂概念教學(xué)難點(diǎn)

黃建林 朱春鳳 王華震

(1. 浙江省紹興市柯橋區(qū)蘭亭鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312041； 2. 紹興市柯橋區(qū)齊賢鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312065；3. 浙江省紹興市柯橋區(qū)教師發(fā)展中心，浙江 紹興 312030)

應(yīng)用自制教具突破力臂概念教學(xué)難點(diǎn)

黃建林1朱春鳳2王華震3

(1. 浙江省紹興市柯橋區(qū)蘭亭鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312041； 2. 紹興市柯橋區(qū)齊賢鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312065；3. 浙江省紹興市柯橋區(qū)教師發(fā)展中心，浙江 紹興 312030)

力臂概念的建構(gòu)一直是初中物理教學(xué)的難點(diǎn)之一,但力臂又非常重要,它既是杠桿分類的依據(jù)之一,也是探究杠桿平衡條件的基礎(chǔ),所以如何突破難點(diǎn)有效建構(gòu)力臂概念是初中物理教師經(jīng)常探討的話題．本文通過(guò)創(chuàng)新教具的制作,對(duì)突破“力臂”概念教學(xué)難點(diǎn)進(jìn)行了幾種實(shí)踐和嘗試．

初中物理； 力臂； 教學(xué)難點(diǎn)

1 力臂概念的教學(xué)困難及結(jié)果

經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),現(xiàn)階段力臂概念的教學(xué)困難主要有以下2方面.

1.1 教的拋物現(xiàn)象[1]

教師在上課時(shí)無(wú)法向?qū)W生展示力臂概念清晰的建構(gòu)過(guò)程,而是開(kāi)門見(jiàn)山,直接對(duì)力臂下定義，即直接把概念拋給學(xué)生．這樣的結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生知道有力臂這個(gè)詞,但不明白其真正的意義及作用,不但會(huì)影響后面杠桿的分類,長(zhǎng)此以往,更會(huì)對(duì)物理這門課失去興趣．

1.2 學(xué)的脫節(jié)現(xiàn)象

學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程,教師一下子拋出力臂概念,學(xué)生沒(méi)有經(jīng)過(guò)思維的碰撞過(guò)程,只是死記硬背地把力臂這個(gè)概念記住了．他們沒(méi)有通過(guò)形象思維過(guò)程,更沒(méi)有經(jīng)過(guò)動(dòng)作思維過(guò)程,直接跳到抽象邏輯思維過(guò)程,勢(shì)必造成對(duì)概念的理解不夠,在以后的學(xué)習(xí)中,往往會(huì)把支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)當(dāng)作力臂來(lái)處理．這樣的學(xué)習(xí)不符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律,也不符合最近發(fā)展區(qū)理論,學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程出現(xiàn)嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象,作為教師應(yīng)該想方設(shè)法給學(xué)生搭建“腳手架”，努力降低他們的學(xué)習(xí)難度．

2 開(kāi)發(fā)創(chuàng)新教具，有效突破難點(diǎn)

2.1 利用“圓”來(lái)突破

教具1:用一個(gè)圓突破.

(1) 材料:一個(gè)硬紙板,一個(gè)鐵架臺(tái),幾枚相同的釘子,紅黑筆,若干紙線,圓規(guī)一個(gè),剪刀一把.

(2) 教具圖:如圖1所示.

圖1 一個(gè)圓突破力臂概念

(3) 制作過(guò)程.

① 用大圓規(guī)在硬紙上畫個(gè)圓,在圓心處標(biāo)上O,表示支點(diǎn)．

② 按圖所示畫一直徑,在O的相同距離處分別標(biāo)上A1和B1及A2和B2,并在A1的豎直方向上標(biāo)上A1′和在A2的的豎直方向上標(biāo)上A2′,同理在在距離A1O的兩倍距離上標(biāo)上A2和A2′及A3,如圖1所示．

(4) 操作過(guò)程.

① 先在B1掛上4個(gè)鉤碼,問(wèn)學(xué)生在離B1與O相等距離的A1要掛幾個(gè)鉤碼,這時(shí)學(xué)生能很快回答出是4個(gè)．

② 再問(wèn)如果把鉤碼掛在離O的2倍距離的A2點(diǎn)上,應(yīng)該掛多少,學(xué)生也說(shuō)出來(lái),是2個(gè)．(此時(shí)A2放一枚釘子,為了去除釘子的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,應(yīng)在相同的反方向B2也放一枚相同的釘子)

③ 再問(wèn)學(xué)生,如果把剛才的2個(gè)鉤碼掛在A2豎直方向上的A2′,這個(gè)圓會(huì)怎么樣?學(xué)生的回答都是逆時(shí)針轉(zhuǎn)．教師在學(xué)生的期待下把2個(gè)鉤碼掛上,結(jié)果卻出乎學(xué)生的意料,圓竟不轉(zhuǎn)．

④ 再問(wèn)學(xué)生,如果掛在A2豎直下方的A3上,圓又會(huì)怎么樣?然后讓學(xué)生找A3、A2及A2′的相同點(diǎn),因?yàn)樗麄兌荚谕恢本€上,學(xué)生看著圓馬上答出就是O點(diǎn)到A3、A2及A2′三點(diǎn)所在的線的距離相等,真的是這樣的嗎?教師可以再進(jìn)一步檢驗(yàn)他們得出的結(jié)論,適時(shí)引出力臂概念．

教具2:用同心圓突破.

(1) 材料:一個(gè)硬紙板,一個(gè)鐵架臺(tái),一個(gè)杠桿,彈簧秤,2個(gè)鉤碼,細(xì)線若干.

(2) 教具圖:如圖2所示.

圖2 同心圓突破力臂概念

(3) 制作過(guò)程.

① 用大圓規(guī)在硬紙上畫個(gè)幾個(gè)同心圓[2],在圓心處標(biāo)上O,表示支點(diǎn)．

② 按圖所示把杠桿固定在鐵架臺(tái)上,在杠桿左端掛2個(gè)鉤碼(為方便計(jì)算,設(shè)每個(gè)鉤碼重為3N)．

(4) 操作過(guò)程.

① 先用甲圖,把彈簧秤放在第3個(gè)圓上,向下豎直拉,使杠桿在水平位置平衡,讀出此時(shí)彈簧秤的讀數(shù),如為10N．

② 再問(wèn)學(xué)生,把彈簧秤往外移一個(gè)圓,如圖乙所示,此時(shí)示數(shù)會(huì)怎么變?教師演示,讓學(xué)生讀出此時(shí)為7.5N．

③ 再問(wèn)學(xué)生,如果把乙中的彈簧秤傾斜過(guò)程中,示數(shù)會(huì)怎么變,然后教師演示,等轉(zhuǎn)到丙圖時(shí),讓學(xué)生讀數(shù)此時(shí)彈簧示數(shù)為10N,再轉(zhuǎn)到往左下拉時(shí)(用往左下的虛線表示)也是10N,讓學(xué)生找規(guī)律,即圓心到力的作用線的垂直距離是一樣的,都為半徑的長(zhǎng)度．

④ 真的是這樣嗎?如果把彈簧秤再往右移,到丁圖所示位置讓學(xué)生讀出彈簧秤的讀數(shù)為10N,再轉(zhuǎn)到左下拉(往左下的虛線方向所示拉)也為10N,讓學(xué)生比較丙、丁,同時(shí)思考為什么都是10N,相同點(diǎn)是什么?學(xué)生自然而然能得出:圓心到該線的距離即切線的距離都是半徑,這就很容易得出力臂概念．

教具3:用2根棒突破.

(1) 材料:2根標(biāo)有刻度的棒(可以用實(shí)驗(yàn)室中做杠桿平衡的杠桿做),鐵架臺(tái),大小物體各一個(gè),線若干.

(2) 裝置圖:如圖3所示.

甲 乙

(3) 制作過(guò)程.

把下面的杠桿分成2段,中間用螺母固定,使它能轉(zhuǎn)動(dòng),然后按圖所示掛在鐵架臺(tái)上備用．

(4) 操作過(guò)程.

① 先按甲圖所示,移動(dòng)上面的線,使得上面2根線在同一豎直位置,并讓學(xué)生讀出上面的那根杠桿的示數(shù)．

② 教師問(wèn)學(xué)生,如果把右邊的半根往下折,如乙圖所示,此時(shí)杠桿會(huì)發(fā)生什么變化?學(xué)生的回答肯定順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),但事實(shí)是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),問(wèn)平衡怎么辦,最后得出右邊的物體往右移,教師演示,移到跟上面的線在同一豎直位置時(shí)平衡了．

③ 問(wèn)學(xué)生,剛才的平衡跟現(xiàn)在的平衡有什么相同點(diǎn),學(xué)生得出,就是上面的支點(diǎn)到線的距離都沒(méi)變,這就很自然得出力臂,當(dāng)然教師可以再問(wèn),單這一次能不能直接得出結(jié)論,可以多做幾次,但最后的結(jié)果都一樣．

教具4:用“力臂儀”[3]突破.

(1) 材料:一根窗軌及和一個(gè)窗軌輪,一支染成紅色橡皮寬筋,一個(gè)支架,紙和膠水若干，彈簧秤.

(2) 裝置圖:如圖4所示.

圖4 力臂儀突破力臂概念

(3) 制作過(guò)程.

① 先做一個(gè)支架,使整個(gè)杠桿能立在地上,把窗軌分成2段,一段放在水平,中間打個(gè)洞,使它能繞這個(gè)點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng),記這個(gè)點(diǎn)為O點(diǎn),并在其左右邊各打2個(gè)洞．

② 在右邊離O點(diǎn)近的那個(gè)洞上,使一段窗軌斜著固定在它上面,并在這段窗軌前放一個(gè)彈簧秤,使彈簧秤剛好跟這小段窗軌平行且看上去重合在一起．

③ 在動(dòng)力臂這里用一根染成紅色的橡皮寬筋,在其未端綁著窗軌輪,并使這個(gè)輪子放入那小段的窗軌中,并在窗軌兩端用窗鎖鎖住,以防滑輪滑出窗軌．

(4) 操作過(guò)程.

① 先在杠桿左端掛一個(gè)熱水袋,其他生活用品也可以．

圖5 簡(jiǎn)圖

② 使彈簧秤按圖5所示拉,即CA方向拉,記支點(diǎn)為O,一開(kāi)始橡皮筋的滑輪停在了小段窗軌那個(gè)點(diǎn),記作D點(diǎn)．

③ 問(wèn)學(xué)生,如果把滑輪移到T1或B點(diǎn),它的情況會(huì)怎么樣?學(xué)生回答是會(huì)停在那里,教師演示后發(fā)現(xiàn),不管滑輪是停在B點(diǎn)還是T1點(diǎn),只要他沿著CA方向的拉力不變,它都停在D點(diǎn),這樣就可以得出,這個(gè)力不變時(shí),OD長(zhǎng)度始終不變,這就是力臂,當(dāng)然我們還可以進(jìn)一步拓展,如果往右下方拉,而且拉力還是

剛才大小時(shí),學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn),那橡皮筋的長(zhǎng)度跟剛才是一樣的即始終是支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離,這樣對(duì)力臂的概念不但很好突破,更對(duì)它印象深刻．

3 反思

物理教學(xué)中,有好多概念和規(guī)律的得出是相當(dāng)復(fù)雜而抽象的．當(dāng)碰到諸如“力臂”概念難點(diǎn)時(shí),我們教師不應(yīng)該只想如何把“力臂”等這些概念直接傳授給學(xué)生,而是要通過(guò)低成本、高見(jiàn)度、高成功率的創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)來(lái)突破概念教學(xué)的難點(diǎn),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的演示,讓學(xué)生親歷概念的形成和發(fā)展過(guò)程,使知識(shí)由抽象化為形象,由復(fù)雜變簡(jiǎn)單,并讓學(xué)生在探究過(guò)程中掌握和理解力臂等概念．當(dāng)然這樣的教學(xué)理念跟教師的理念是分不開(kāi)的,現(xiàn)代教學(xué)理念應(yīng)該由“傳授式教學(xué)”向“探究式教學(xué)”轉(zhuǎn)變,從而使學(xué)生真正做到在體驗(yàn)中學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)．當(dāng)然這樣的設(shè)計(jì)可能還要對(duì)教材的知識(shí)塊進(jìn)行拆分和重組,盡管教材有教材的編排體系,有一定的邏輯順序在那里．但如何真正做到符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律,如何使教學(xué)更有效,在創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)時(shí),適當(dāng)?shù)貙?duì)教材的編排進(jìn)行一定的重組,這也是我們值得思考的問(wèn)題,真正做到用教材而不是教教材．

1 白振宇.“力臂”教學(xué)的真正突破口在哪里[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2007(4)：61-63.

2 鄭青岳.鄭青岳科學(xué)教育講演錄[M].杭州:浙江教育出版社,2015：46-47.

3 劉小洪,周洪.力臂概念的創(chuàng)新教法[J].物理通報(bào)，2013(3)：28-30.

本文獲浙江省教研基金: “高見(jiàn)度”微創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和教學(xué)研究(基金號(hào)： 06329)資助.

2016-12-14)