運用問題探究法突破“力臂”教學難點的嘗試

正確理解“力臂”的概念，不僅是初中階段學好杠桿類知識的關鍵，也是后期學習力矩#65380;剛體等知識的必需#65377;但由于力臂這個概念比較抽象，加之學生在形成該概念時容易受日常生活經驗中先入為主的心理傾向干擾，常會形成“力臂是從支點到力的作用點之間的距離”這個錯誤認識#65377;當前各種版本的物理教材對力臂概念的介紹，都是采用直接講述的方法，比較生硬地引進了這個概念，忽視了在形成這個概念時物理方法的學習和認知能力的培養，使學生在具體認識過程中有突兀感，難以被同化#65380;吸收并儲存#65377;

我在突破“力臂”這個知識難點時，將教材中的有關內容在順序上進行了這樣的調整:把“杠桿的平衡”這個概念提前到“力臂”之前來講述，為學生建立力臂這個概念做準備#65377;然后，設置一組學生分組實驗(詳見后面的教學設計)，采用問題探究法的教學模式，讓學生邊實驗，邊分析，邊歸納，引導學生在實際動手操作中，主動地“發現”和同化“力臂”這個概念，促進學生由形象思維向抽象思維的過渡，培養學生根據實驗現象進行分析#65380;歸納問題的能力，進一步體會物理學中由具體到一般的研究方法#65377;我在校附屬中學所任的實驗班實施后，取得了很好的教學效果#65377;下面，我就談談突破這一難點的教學設計思路及實施步驟#65377;

一#65380;引入問題情境

在指導學生認識并建立了杠桿#65380;支點#65380;動力#65380;阻力#65380;力的作用線及杠桿的平衡這些基本概念后，提出:

問題1:要使杠桿保持平衡，是否只要動力等于阻力?(為下面討論問題的方便，暫規定:把作用在杠桿左邊的力叫阻力，作用在杠桿右邊的力叫動力#65377;)

要求:學生完成圖1所示的實驗，在杠桿的兩邊掛上相同的鉤碼，將支點先放在中間，然后，再改變鉤碼的位置，分別進行實驗#65380;分析#65380;討論#65377;

目的:(1)得出當動力等于阻力時，杠桿不一定保持平衡的結論#65377;

(2)使學生通過實驗，意識到影響杠桿平衡的因素除了與力的大小有關，還與“支點到力之間的某一距離”有關#65377;

問題2:當杠桿受到的動力不等于阻力時，杠桿是否能保持平衡?要求:學生通過實驗，能完成類似于圖2所示的結果，進一步分析#65380;討論#65377;

目的:(1)得出當動力不等于阻力時，杠桿也能保持平衡#65377;

(2)讓學生進一步體會影響杠桿平衡的因素之一一定與某一距離有關#65377;同時還可初步體會到在杠桿的某一端作用力越大，則這個對應的影響距離就小一些的特點，為后面探索杠桿的平衡條件做好相應的感知準備#65377;

二#65380;引發認知沖突

根據實驗1和實驗2，提出

問題3:影響杠桿平衡的這個“距離”，有誰能用文字描述出來?

由于實驗1和實驗2給學生們提供的感知材料都是作用線跟杠桿垂直的特例，也與日常生活中的相關知識相接近，因此，學生們在歸納小結時，絕大部分都不可避免地歸納出了結論1:影響杠桿平衡的這個距離是“從支點到力的作用點之間的距離”，且不少同學臉上露出了既輕松又得意的神情#65377;

教學實踐表明，對于在這種思維定勢消極作用下所歸納出的結論，要消除其影響，最理想的解決辦法是采用變式教學法，讓學生從不同的角度去認識事物，讓其自行發現矛盾，認清謬誤，從而自覺地消除錯誤的認識#65377;于是，我指導學生完成圖3和圖4的實驗:在左邊鉤碼數不變的情況下，保持右邊動力作用點到支點的距離不變，先觀察好在圖3中杠桿平衡時彈簧秤上的示數，然后，保持彈簧秤上的示數不變，只是改變一下動力的方向，觀察杠桿的平衡情況#65377;根據觀察到的結果進而提出#65377;

問題4:影響杠桿平衡的那個“距離”是“從支點到力的作用點之間的距離”嗎?

要求:學生在討論時要在實驗的基礎上有條理地分析，得出結論#65377;

目的:(1)通過學生的認真分析和充分討論，自行消除“影響杠桿平衡的距離是‘從支點到力的作用點之間的距離’”這一錯誤的認識(這個過程的分析雖然簡單，但很重要)，為后面正確理解“力臂”這個概念打好基礎#65377;

(2)培養學生養成實事求是的科學態度和善于分析問題的習慣#65377;

經過上述過程的分析，學生們雖然在頭腦中意識到了剛才的認識是錯誤的，但同時對影響杠桿平衡的那個“距離”究竟是什么也陷入了比較茫然的地步，臉上也露出了求助的神情#65377;這時我針對初中生的特點，隨機介紹一些科學家在探索科學規律時所表現出的頑強拼搏的事例，以激勵學生們努力克服困難的斗志，使其重整旗鼓，勇于探索#65377;

三#65380;自主認知順應

問題5:影響杠桿平衡的那個“距離”究竟是什么呢?

要求:學生再次完成圖3所示的實驗#65377;即把彈簧秤掛在圖中A點并豎直用力向下拉，觀察并記下當杠桿平衡時，彈簧秤上的讀數及OA段的距離;再把彈簧秤掛在圖中C點，使OC=2OA，將彈簧秤從豎直方向變為斜向左下方(或右下方)拉，并逐漸縮小與杠桿間的角度，觀察:(1)當杠桿平衡時，彈簧秤上的讀數將如何變化?(2)彈簧秤上的讀數是否可以改變到和實驗3中彈簧秤上的讀數相等?(3)當觀察到彈簧秤上的讀數和實驗3中的讀數相等時，用量角器量出此時彈簧秤的拉力方向和杠桿間的角度#65377;

此時，為降低學生的理解坡度，指導學生將實驗3中的后一種情形用圖示的方法畫在紙上，如圖5圖6所示，以幫助學生比較分析后，去發現相等的距離OA和OE這兩條線段，并引導學生用語言來正確出表述這兩條線段間的物理共性#65377;

目的:(1)根據實驗3(1)和(2)中的彈簧秤上的示數相等，帶領學生推理出:在這兩種情況下影響杠桿平衡的那個“距離”也應該相等的結論#65377;把學生帶到一種“心欲通#65380;情難禁”的狀態之中#65377;

(2)初步建立結論2，即影響杠桿平衡的那個“距離”是“從支點到力的作用線間的垂直距離”的概念#65377;

四#65380;理解接受新知

由于學生根據實驗1和2所得出的結論1在實際驗證中遭到了否定，故這次在歸納出了上述結論后，都很謹慎，都想到要用實驗來檢驗#65380;分析，來判斷其結論的真偽#65377;這時，再適時地提出:

問題6:如何來檢驗結論2的正確性呢?

由于剛才學生在實驗3中，有的將彈簧秤向右下方施力，也有的將彈簧秤向左下方施力，分別得到了圖5和圖6兩幅示意圖#65377;

要求:(1)學生對照圖5和圖6分析，在這兩例中，盡管拉力的方向不同，但由于什么因素一樣，使得杠桿平衡時，拉力的大小都和實驗3中的讀數一樣?

(2)讓學生通過實驗分析，當拉力與杠桿的角度變化后，欲使杠桿保持平衡，拉力的大小是否還能與實驗3中的讀數相等?如果不相等，是什么原因引起的?

(3)讓學生繼續通過實驗分析，當拉力與杠桿的角度變化后，如果保持拉力的大小不變，杠桿能保持平衡嗎?是什么原因引起的?

目的:(1)帶領學生邊實驗，邊分析，得出:盡管拉力的方向不同，但由于“從支點到力的作用線間的垂直距離”是相同的，故杠桿平衡時，拉力的大小也一樣#65377;而將拉力與杠桿的角度變化后，由于“從支點到力的作用線間的垂直距離”發生了變化，若拉力的大小不變，則杠桿就無法平衡#65377;可見，影響杠桿平衡的一個重要因素的確是這個“距離”#65377;

(2)讓學生又經歷了一次從實踐到理論，再由理論到實踐的認識過程#65377;初步學會如何發現問題，分析問題，解決問題的#65377;至此，我再給出“力臂”概念的定義，自然是水到渠成，學生既容易接受，也容易理解#65377;而且，還可順理成章地讓學生認識并理解杠桿的平衡條件#65377;

參考文獻

[1] 袁振國.教育新理念.北京:教育科學出版社.

[2] 美Robert J.Sternberg.思維教學.北京:中國輕工業出版社.

[3] 汪明.運用問題探究法突破“功”的教學難點.中學物理教學參考.(責任編輯 孫曉雯)