施科樺

摘 要：提高課堂教學(xué)的有效性，一直是受關(guān)注的問題，在教學(xué)過程中，為使學(xué)生對(duì)新知識(shí)更好地理解和接受，老師都是力求通過各種不同的方法來引導(dǎo)學(xué)生，而教學(xué)方法的不同，就會(huì)影響教學(xué)的有效性。動(dòng)滑輪是省力杠桿，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)是教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其中支點(diǎn)的位置是學(xué)生最為困惑。本文分析多種找動(dòng)滑輪支點(diǎn)的教學(xué)方法，尋求提高課堂教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：動(dòng)滑輪支點(diǎn)；“圓盤”模型；直接給定法；實(shí)驗(yàn)法；臺(tái)階體驗(yàn)法

在《滑輪及其應(yīng)用》這一節(jié)中，我們?cè)谥v動(dòng)滑輪之前已先講過了定滑輪，而且我們?cè)谥v定滑輪的時(shí)候利用杠桿的知識(shí)，教學(xué)生把圓看成是由無數(shù)根細(xì)棒——杠桿組成，這個(gè)學(xué)生很好理解，學(xué)生對(duì)于繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)的圓是非常熟悉的，比如：生活中的車輪，摩天輪等等，因此他們很容易接受定滑輪的固定點(diǎn)在圓心。

唯物辨證法告訴我們一切事物都存在著兩個(gè)方面，這兩個(gè)方面既相互對(duì)立又相互統(tǒng)一，要求我們堅(jiān)持用一分為二的觀點(diǎn)和全面的觀點(diǎn)看問題。前面所提及的生活中的這些現(xiàn)象，對(duì)于理解定滑輪的固定點(diǎn)有很大的幫助，但從學(xué)習(xí)動(dòng)滑輪來看，這些生活現(xiàn)象反而對(duì)動(dòng)滑輪固定點(diǎn)的教學(xué)帶來了阻力。因此動(dòng)滑輪的支點(diǎn)在哪里學(xué)生就不好理解，為了突破這一難點(diǎn)，下面對(duì)幾種教學(xué)方法進(jìn)行分析。

1 “圓盤”模型

在“圓盤”模型中把動(dòng)滑輪看成是一個(gè)放在地面上的圓盤，只要過圓的中心畫一條圓的直徑，一開始使這個(gè)圓的直徑豎直在地面上與地面成90°角，在水平推力F的作用下，讓這個(gè)圓盤在水平面上做一個(gè)微小的滾動(dòng)，為使此現(xiàn)象明顯，在這里我們可通過做一個(gè)PPT來演示，此時(shí)我們可以畫出這個(gè)圓盤在地面上微小滾動(dòng)時(shí)候的情境，如圖1所示。

在講解時(shí)引導(dǎo)學(xué)生觀察圖1中圓直徑的微小轉(zhuǎn)動(dòng)，用圓直徑的微小偏移來展示圓盤滾動(dòng)時(shí)的支點(diǎn)O所在的地方。此時(shí)，提出一個(gè)問題“這個(gè)圓盤在地上滾起來，是以哪里為支撐？”或者可以這樣問“哪一點(diǎn)可以支撐圓盤的滾動(dòng)？”這時(shí)有些學(xué)生就會(huì)想到是圓盤與地面接觸的地方，是圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)支撐點(diǎn)，根據(jù)杠桿的定義，把圓的直徑看成是一根硬棒，硬棒繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該固定點(diǎn)即為圓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的支點(diǎn)。此時(shí)我們就順勢(shì)引出“這一點(diǎn)就是這個(gè)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的支點(diǎn)”。然后把這個(gè)模型轉(zhuǎn)移到動(dòng)滑輪，讓圖1逆時(shí)針翻轉(zhuǎn)90°成如圖2動(dòng)滑輪，引導(dǎo)學(xué)生把圖2中右邊豎直那條不動(dòng)的繩看成是圖1中的地面，此時(shí)滑輪沿著這條繩向上走，圓與這條繩接觸的點(diǎn)就是該動(dòng)滑輪的支點(diǎn)，在這里采用類比的方法使難點(diǎn)可以得到較好的解決。

這種教學(xué)方法不易操作的地方是需要學(xué)生進(jìn)行抽象的思考，需要具備一定的空間思維和想象能力，其中圓的微小滾動(dòng)轉(zhuǎn)化成杠桿的微小轉(zhuǎn)動(dòng)，而杠桿的微小滾動(dòng)是以哪里為固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，比較抽象，空間思維和想象能力相對(duì)薄弱的同學(xué)對(duì)于該方法的學(xué)習(xí)會(huì)較困難。

2 直接給定法

根據(jù)滑輪的定義，繞一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的輪，那么在圖3中的動(dòng)滑輪，從整幅圖來看，A點(diǎn)是固定不動(dòng)的，在教學(xué)的過程中我們直接告訴學(xué)生：“可以把這個(gè)固定點(diǎn)A假設(shè)沿直線下移到O點(diǎn)，此時(shí)O點(diǎn)就是滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)的支點(diǎn)”。

這個(gè)方法簡(jiǎn)便，學(xué)生接受起來也很容易，但學(xué)生是機(jī)械地記住老師告知他們的支點(diǎn)位置，實(shí)際上并沒有真正的領(lǐng)悟到為什么O點(diǎn)就是動(dòng)滑輪支點(diǎn)。

3 實(shí)驗(yàn)法

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是解決物理問題的重要手段，我們物理學(xué)的發(fā)展是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，因此實(shí)驗(yàn)可以解決很多難點(diǎn)，而實(shí)驗(yàn)探究也是新課程改革倡導(dǎo)的教學(xué)理念，所以教科書設(shè)置了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，但教科書中并沒有把實(shí)驗(yàn)表格列出來。

因此，在這里老師要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的表格，如下表1：

在這個(gè)表格中只要測(cè)出兩個(gè)量，一個(gè)是物重G，一個(gè)是拉力F，這里物重要比滑輪重大得比較多，從而減少系統(tǒng)誤差。通過分析數(shù)據(jù)，比較物重G和拉力F的大小關(guān)系，可得出G=2F，在根據(jù)杠桿的平衡條件F1L1=F2L2可得出動(dòng)力臂L1 =2L2，在根據(jù)力臂的定義：“支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離”，來進(jìn)行反推力臂的位置和支點(diǎn)的位置。

在圖1中因?yàn)閯?dòng)力F這條力作用線正好是圓的切線，與切線垂直的線是過圓心的直線，從而再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)動(dòng)力臂和阻力臂的比例分析可得出支點(diǎn)的位置O。

這種教學(xué)方法體現(xiàn)了物理的思想，實(shí)驗(yàn)法不僅是要了解它提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更重要的是要掌握實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思方法和研究物理問題的思路。這種方法充分體現(xiàn)了新課程學(xué)生學(xué)習(xí)方式，改變了死記硬背、機(jī)械練習(xí)的現(xiàn)狀。學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手、培養(yǎng)學(xué)生搜集信息和處理信息的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。教師在其中只起到了幫助、引導(dǎo)的作用。在概念與知識(shí)的形成過程中教師不是告之結(jié)論，而是在教師的幫助、引導(dǎo)下，由學(xué)生自主地去觀察、發(fā)現(xiàn)、搜集信息、并用已有知識(shí)對(duì)所獲信息進(jìn)行歸整。給學(xué)生提供了許多創(chuàng)造性思維的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，突出學(xué)生作為課堂主體的地位，而教師將成為課堂學(xué)習(xí)的一員，師生共同探究，發(fā)現(xiàn)問題，探索新知。“把課堂還給學(xué)生”，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自主思索，強(qiáng)調(diào)研究性學(xué)習(xí)，開闊了學(xué)生的思維，有利于學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。但該方法存在的不足在于切線這個(gè)知識(shí)點(diǎn)屬于數(shù)學(xué)知識(shí)，而數(shù)學(xué)切線這個(gè)知識(shí)點(diǎn)在初三才有學(xué)，所以在這里會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)有一個(gè)障礙。

4 臺(tái)階體驗(yàn)法

臺(tái)階法是以例題為切入點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)情景，為學(xué)生形成新知識(shí)創(chuàng)造一個(gè)最近發(fā)展區(qū)，從而有利于學(xué)生接受新知識(shí)。

例：一個(gè)球在滾動(dòng)的時(shí)候遇到一個(gè)臺(tái)階，為了使這個(gè)球滾上這個(gè)臺(tái)階，此時(shí)在一個(gè)球的上端添加一個(gè)水平作用力F，如圖4（a）所示，問球是以哪一點(diǎn)為支點(diǎn)滾上臺(tái) 階的？

學(xué)生可以很容易地說是O點(diǎn)，在此再讓學(xué)生體驗(yàn)一下O點(diǎn)的位置，此時(shí)我們運(yùn)用體驗(yàn)，用一個(gè)籃球來做實(shí)驗(yàn)，把我們的手臂來代替臺(tái)階，讓球滾過手，學(xué)生就會(huì)體會(huì)到球是繞手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的，從而他們對(duì)支點(diǎn)O的位置更能體會(huì)并 接受。

我們根據(jù)原先的例題再進(jìn)一步分析，接下來的分析要采用極值法。使這個(gè)臺(tái)階變小，此時(shí)這個(gè)支點(diǎn)O點(diǎn)就越來越靠近球的最底部，當(dāng)這個(gè)臺(tái)階無限小的時(shí)候，支點(diǎn)O就是球與地面的接觸點(diǎn)，如圖3（b）所示。到這里學(xué)生都能理解，接下來采用類比法，把這個(gè)模型遷移到動(dòng)滑輪，引導(dǎo)學(xué)生把圖4（c）中右邊豎直那條不動(dòng)的繩看成是圖4（b）中的地面，把自由端的力看成是例題中的水平推力F，讓圖4（b）逆時(shí)針翻轉(zhuǎn)90°成如圖4（c）動(dòng)滑輪，此時(shí)滑輪沿著這條繩向上滾動(dòng)，圓與這條繩接觸的點(diǎn)就是該動(dòng)滑輪的支點(diǎn)O。最后為了使學(xué)生回歸到對(duì)杠桿知識(shí)的建立上，因?yàn)閯?dòng)滑輪它的實(shí)質(zhì)是杠桿，所以還要是要運(yùn)用無限等分思想把圓看成是由無數(shù)多根硬桿組成，再進(jìn)行講解。

在這里采用類比法和極值法使難點(diǎn)得到較好的解決。這樣學(xué)生很容易就能夠理解支點(diǎn)在哪里。極值法就是運(yùn)用極限思維，使某些量的變化抽象成無限大或無限小去思考解決實(shí)際問題的一種解題方法。在初中物理解題過程中，有些題用一般的方法解比較繁瑣，而用極值法常常能收到立竿見影、豁然開朗的效果。這種方法雖然沒有太多的實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生的體驗(yàn)再加上運(yùn)用極值法通過抽象思維來解決問題，但這種方法教學(xué)也能使學(xué)生很好地掌握核心知識(shí)，而且能對(duì)于為什么O點(diǎn)是支點(diǎn)這個(gè)問題得到形象的理解。

上述討論找動(dòng)滑輪支點(diǎn)的多種教學(xué)方法，任何一種學(xué)習(xí)方式都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和不可避免的局限性，沒有在任何情況下都是絕對(duì)優(yōu)選的學(xué)習(xí)方式，因?yàn)檫€要根據(jù)學(xué)生的情況來確定教學(xué)方法。