王正虎

關鍵詞：杠杠;力臂;力的三要素;實驗探究

在杠桿學習過程中，對初中學生來說“力臂”概念全新而陌生?！傲Ρ邸备拍罱嬍恰案軛U”教學的重點，也是難點。教學中如何突破該難點？本文結合筆者的教學實踐來介紹“力臂”概念的建構思維活動過程。

1教學背景分析

1.1前認知分析

“杠桿”在“蘇科版”教材中是安排在九年級（初三年級）上學期的教學內容。在這之前，學生已經學習了力（包括重力、彈力和摩擦力）及其三要素，力與運動的關系（包括二力平衡、牛頓第一定律）。即學生知道“力的大小、方向、作用點對力的作用效果的影響”“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”等。學生對運動狀態(tài)的理解只涉及到物體速度大小和方向的改變，未涉及物體轉動問題，學生不清楚、不明白轉動是不是指運動狀態(tài)改變。

1.2教材呈現分析

如圖1所示?！疤K科版”教材中呈現了與杠桿有關的名稱、意義與解讀。但對“力臂”提到的“從支點到動（阻）力的作用線的距離”中“力的作用線”未作出解讀：教材也沒有安排與杠桿相關的情境或實驗作為概念建構的鋪墊過程。這就為教師在教學實踐中進行教材處理和選取教學素材留下了創(chuàng)作的空間。從新課程的理念來講，教師在教學中要通過“科學探究”的方式來幫助學生建構“力臂”概念。

1.3認知障礙分析

教學實踐經驗告訴我們。學生在學習“支點”“動（阻）力”時比較容易，理解程度也較深，而對“動（阻）力臂”的學習往往會出現差異。不少學生對于為什么有“力臂”這個概念不太理解。對“支點到力的作用線”“支點到力的作用點”容易混淆。

實踐經驗表明。學生在沒有感知和相關經驗儲備時。對于一個新概念的認知往往會有自己的“內隱化”的認識。就會把“支點到力的作用線”與“支點到力的作用點”等同起來。學生理解不了“力臂”是反映物體轉動效果的物理量。

綜上分析。教師在實際教學中要幫助學生突破學習的難點，為學生的認知過程提供應有的思維通道，幫助他們建構準確的“力臂”概念。

2教學實踐活動分析

2.1實驗探究。建構概念

在學生初步認識“杠桿”，并對“杠桿平衡”（靜止或勻速轉動）有些許理解之后。通過探究性實驗來幫助學生建構“力臂”的概念。

【實驗1】（1）如圖2所示，調節(jié)杠桿在水平位置平衡，然后在杠桿左側某點掛一個鉤碼，杠桿立即失去平衡;接著在右側等距處掛一個相同的鉤碼，杠桿再次水平平衡。

設計意圖：觀察實驗。讓學生體驗到力可以改變物體的轉動狀態(tài)。

（2）如圖3所示，調節(jié)杠桿在水平位置平衡。在左側某點掛兩個鉤碼。在B點用彈簧測力計豎直下拉（位置3），使杠桿在水平位置平衡。

設計意圖：力的大小影響杠桿的轉動效果。

（3）將拉力作用點移到A點，豎直向下拉杠桿（位置1），杠桿由不平衡到重新平衡。

設計意圖：力的作用點影響杠桿轉動效果。

（4）將彈簧測力計在A點由位置1旋轉到位置2，讓學生觀察杠桿由不平衡到平衡的過程。

設計意圖：力的方向影響杠桿轉動效果。

歸納：力的大小、方向、作用點都會影響杠桿轉動效果，即力的三要素會改變杠桿的轉動效果。

【實驗2】利用圖4所示裝置，讓學生探究“杠桿平衡條件”。

設計意圖：利用教材。讓學生動手實驗進行分析與歸納。訓練學生的實驗技能，同時讓學生體會“杠桿平衡”的意思;學習歸納實驗結論。

歸納：同學們通過探究實驗歸納結論：“動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離”是杠桿平衡條件。這個結論是否能夠成為杠桿平衡條件的一般性結論？

【實驗3】（1）結合圖3實驗裝置，做圖5所示實驗。在B點調節(jié)力的大小，方向始終與杠桿垂直，使杠桿在水平位置平衡，記下力的大小F1，測出OB距離L1;改變力的方向，調整拉力角度，使杠桿在水平位置平衡，記下力的大小F2。

設計意圖：在杠桿平衡時為鉤碼重力，為支點到鉤碼對杠桿拉力作用點的距離）;認識到“動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離”不是杠桿平衡的一般表達式。它只是在動力和阻力分別與杠桿“垂直”時成立。另一方面。讓學生認識到力的方向對杠桿平衡的影響。需要引入新的物理量才能研究出其平衡條件。這個新物理量如果定義呢？

（2）由“垂直”聯想：試著作支點到F2的垂直線（此時順便引入“力的作用線”概念）。如圖5所示，并測量出垂足到支點的距離L2;計算F2L2，并與GL比較。

設計意圖：運用聯想的思維策略。引發(fā)學生主動思維。自覺引入“垂直線”的想法。然后看這個想法是否成立（創(chuàng)新思維的一種基礎策略）。學生發(fā)現，從而驗證其觀點。這種想法是否具有一般性？

（3）實驗驗證：如圖6所示，彈簧測力計在D點拉杠桿使其平衡，記下力的大小F3，測量距離L3，分析實驗數據，尋找規(guī)律。

設計意圖：在上述實驗的基礎上進一步驗證設想，并尋找到。

為研究杠桿平衡條件。引入“力臂”這個物理概念，其表述為“支點到力的作用線的距離”。從而歸納出杠桿平衡條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂。

2.2建構概念的思維過程分析

從上述實驗設計過程可以看到?！傲Ρ邸备拍钍前殡S著“杠桿平衡條件”規(guī)律的尋找應運而生的。是在學生對杠桿進行充分認知和實驗操作的過程中建構的必要的概念。其思維過程是一個從特殊到一般的過程。是一個從現實到理念的過程，是一個從他主學習到自主學習的過程。

總之，無論是在學習方式。還是在思維過程中。這種教學方式都有利于學生物理學科素養(yǎng)的沉淀，把物理研究、思考的方法時刻滲透在具體的概念建構和規(guī)律學習的過程中。將教師生硬的給予轉變?yōu)閷W生主動的建構。