首页 -> 2007年第8期
运用问题探究法突破“力臂”教学难点的尝试
作者：李元贵
我在突破“力臂”这个知识难点时,将教材中的有关内容在顺序上进行了这样的调整:把“杠杆的平衡”这个概念提前到“力臂”之前来讲述,为学生建立力臂这个概念做准备｡然后,设置一组学生分组实验(详见后面的教学设计),采用问题探究法的教学模式,让学生边实验,边分析,边归纳,引导学生在实际动手操作中,主动地“发现”和同化“力臂”这个概念,促进学生由形象思维向抽象思维的过渡,培养学生根据实验现象进行分析､归纳问题的能力,进一步体会物理学中由具体到一般的研究方法｡我在校附属中学所任的实验班实施后,取得了很好的教学效果｡下面,我就谈谈突破这一难点的教学设计思路及实施步骤｡
一､引入问题情境
在指导学生认识并建立了杠杆､支点､动力､阻力､力的作用线及杠杆的平衡这些基本概念后,提出:
问题1:要使杠杆保持平衡,是否只要动力等于阻力?(为下面讨论问题的方便,暂规定:把作用在杠杆左边的力叫阻力,作用在杠杆右边的力叫动力｡)
要求:学生完成图1所示的实验,在杠杆的两边挂上相同的钩码,将支点先放在中间,然后,再改变钩码的位置,分别进行实验､分析､讨论｡
目的:(1)得出当动力等于阻力时,杠杆不一定保持平衡的结论｡
(2)使学生通过实验,意识到影响杠杆平衡的因素除了与力的大小有关,还与“支点到力之间的某一距离”有关｡
问题2:当杠杆受到的动力不等于阻力时,杠杆是否能保持平衡?要求:学生通过实验,能完成类似于图2所示的结果,进一步分析､讨论｡
目的:(1)得出当动力不等于阻力时,杠杆也能保持平衡｡
(2)让学生进一步体会影响杠杆平衡的因素之一一定与某一距离有关｡同时还可初步体会到在杠杆的某一端作用力越大,则这个对应的影响距离就小一些的特点,为后面探索杠杆的平衡条件做好相应的感知准备｡
二､引发认知冲突
根据实验1和实验2,提出
问题3:影响杠杆平衡的这个“距离”,有谁能用文字描述出来?
由于实验1和实验2给学生们提供的感知材料都是作用线跟杠杆垂直的特例,也与日常生活中的相关知识相接近,因此,学生们在归纳小结时,绝大部分都不可避免地归纳出了结论1:影响杠杆平衡的这个距离是“从支点到力的作用点之间的距离”,且不少同学脸上露出了既轻松又得意的神情｡
教学实践表明,对于在这种思维定势消极作用下所归纳出的结论,要消除其影响,最理想的解决办法是采用变式教学法,让学生从不同的角度去认识事物,让其自行发现矛盾,认清谬误,从而自觉地消除错误的认识｡于是,我指导学生完成图3和图4的实验:在左边钩码数不变的情况下,保持右边动力作用点到支点的距离不变,先观察好在图3中杠杆平衡时弹簧秤上的示数,然后,保持弹簧秤上的示数不变,只是改变一下动力的方向,观察杠杆的平衡情况｡根据观察到的结果进而提出｡
问题4:影响杠杆平衡的那个“距离”是“从支点到力的作用点之间的距离”吗?
要求:学生在讨论时要在实验的基础上有条理地分析,得出结论｡
目的:(1)通过学生的认真分析和充分讨论,自行消除“影响杠杆平衡的距离是‘从支点到力的作用点之间的距离’”这一错误的认识(这个过程的分析虽然简单,但很重要),为后面正确理解“力臂”这个概念打好基础｡
(2)培养学生养成实事求是的科学态度和善于分析问题的习惯｡
经过上述过程的分析,学生们虽然在头脑中意识到了刚才的认识是错误的,但同时对影响杠杆平衡的那个“距离”究竟是什么也陷入了比较茫然的地步,脸上也露出了求助的神情｡这时我针对初中生的特点,随机介绍一些科学家在探索科学规律时所表现出的顽强拼搏的事例,以激励学生们努力克服困难的斗志,使其重整旗鼓,勇于探索｡
三､自主认知顺应
问题5:影响杠杆平衡的那个“距离”究竟是什么呢?
要求:学生再次完成图3所示的实验｡即把弹簧秤挂在图中A点并竖直用力向下拉,观察并记下当杠杆平衡时,弹簧秤上的读数及OA段的距离;再把弹簧秤挂在图中C点,使OC=2OA,将弹簧秤从竖直方向变为斜向左下方(或右下方)拉,并逐渐缩小与杠杆间的角度,观察:(1)当杠杆平衡时,弹簧秤上的读数将如何变化?(2)弹簧秤上的读数是否可以改变到和实验3中弹簧秤上的读数相等?(3)当观察到弹簧秤上的读数和实验3中的读数相等时,用量角器量出此时弹簧秤的拉力方向和杠杆间的角度｡
此时,为降低学生的理解坡度,指导学生将实验3中的后一种情形用图示的方法画在纸上,如图5图6所示,以帮助学生比较分析后,去发现相等的距离OA和OE这两条线段,并引导学生用语言来正确出表述这两条线段间的物理共性｡
目的:(1)根据实验3(1)和(2)中的弹簧秤上的示数相等,带领学生推理出:在这两种情况下影响杠杆平衡的那个“距离”也应该相等的结论｡把学生带到一种“心欲通､情难禁”的状态之中｡
(2)初步建立结论2,即影响杠杆平衡的那个“距离”是“从支点到力的作用线间的垂直距离”的概念｡
四､理解接受新知
由于学生根据实验1和2所得出的结论1在实际验证中遭到了否定,故这次在归纳出了上述结论后,都很谨慎,都想到要用实验来检验､分析,来判断其结论的真伪｡这时,再适时地提出:
问题6:如何来检验结论2的正确性呢?
由于刚才学生在实验3中,有的将弹簧秤向右下方施力,也有的将弹簧秤向左下方施力,分别得到了图5和图6两幅示意图｡
要求:(1)学生对照图5和图6分析,在这两例中,尽管拉力的方向不同,但由于什么因素一样,使得杠杆平衡时,拉力的大小都和实验3中的读数一样?
(2)让学生通过实验分析,当拉力与杠杆的角度变化后,欲使杠杆保持平衡,拉力的大小是否还能与实验3中的读数相等?如果不相等,是什么原因引起的?
(3)让学生继续通过实验分析,当拉力与杠杆的角度变化后,如果保持拉力的大小不变,杠杆能保持平衡吗?是什么原因引起的?
目的:(1)带领学生边实验,边分析,得出:尽管拉力的方向不同,但由于“从支点到力的作用线间的垂直距离”是相同的,故杠杆平衡时,拉力的大小也一样｡而将拉力与杠杆的角度变化后,由于“从支点到力的作用线间的垂直距离”发生了变化,若拉力的大小不变,则杠杆就无法平衡｡可见,影响杠杆平衡的一个重要因素的确是这个“距离”｡
(2)让学生又经历了一次从实践到理论,再由理论到实践的认识过程｡初步学会如何发现问题,分析问题,解决问题的｡至此,我再给出“力臂”概念的定义,自然是水到渠成,学生既容易接受,也容易理解｡而且,还可顺理成章地让学生认识并理解杠杆的平衡条件｡
参考文献
[1] 袁振国.教育新理念.北京:教育科学出版社.
[2] 美Robert J.Sternberg.思维教学.北京:中国轻工业出版社.
[3] 汪明.运用问题探究法突破“功”的教学难点.中学物理教学参考.(责任编辑 孙晓雯)