應用自制教具突破力臂概念教學難點

黃建林 朱春鳳 王華震

(1. 浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學，浙江 紹興 312041； 2. 紹興市柯橋區齊賢鎮中學，浙江 紹興 312065；3. 浙江省紹興市柯橋區教師發展中心，浙江 紹興 312030)

應用自制教具突破力臂概念教學難點

黃建林1朱春鳳2王華震3

(1. 浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學，浙江 紹興 312041； 2. 紹興市柯橋區齊賢鎮中學，浙江 紹興 312065；3. 浙江省紹興市柯橋區教師發展中心，浙江 紹興 312030)

力臂概念的建構一直是初中物理教學的難點之一,但力臂又非常重要,它既是杠桿分類的依據之一,也是探究杠桿平衡條件的基礎,所以如何突破難點有效建構力臂概念是初中物理教師經常探討的話題．本文通過創新教具的制作,對突破“力臂”概念教學難點進行了幾種實踐和嘗試．

初中物理； 力臂； 教學難點

1 力臂概念的教學困難及結果

經過調查發現,現階段力臂概念的教學困難主要有以下2方面.

1.1 教的拋物現象[1]

教師在上課時無法向學生展示力臂概念清晰的建構過程,而是開門見山,直接對力臂下定義，即直接把概念拋給學生．這樣的結果導致學生知道有力臂這個詞,但不明白其真正的意義及作用,不但會影響后面杠桿的分類,長此以往,更會對物理這門課失去興趣．

1.2 學的脫節現象

學生的學習是一個循序漸進的過程,教師一下子拋出力臂概念,學生沒有經過思維的碰撞過程,只是死記硬背地把力臂這個概念記住了．他們沒有通過形象思維過程,更沒有經過動作思維過程,直接跳到抽象邏輯思維過程,勢必造成對概念的理解不夠,在以后的學習中,往往會把支點到力的作用點當作力臂來處理．這樣的學習不符合學生的認知發展規律,也不符合最近發展區理論,學生的學習過程出現嚴重脫節現象,作為教師應該想方設法給學生搭建“腳手架”，努力降低他們的學習難度．

2 開發創新教具，有效突破難點

2.1 利用“圓”來突破

教具1:用一個圓突破.

(1) 材料:一個硬紙板,一個鐵架臺,幾枚相同的釘子,紅黑筆,若干紙線,圓規一個,剪刀一把.

(2) 教具圖:如圖1所示.

圖1 一個圓突破力臂概念

(3) 制作過程.

① 用大圓規在硬紙上畫個圓,在圓心處標上O,表示支點．

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

(4) 操作過程.

① 先在B1掛上4個鉤碼,問學生在離B1與O相等距離的A1要掛幾個鉤碼,這時學生能很快回答出是4個．

② 再問如果把鉤碼掛在離O的2倍距離的A2點上,應該掛多少,學生也說出來,是2個．(此時A2放一枚釘子,為了去除釘子的重力對實驗的影響,應在相同的反方向B2也放一枚相同的釘子)

③ 再問學生,如果把剛才的2個鉤碼掛在A2豎直方向上的A2′,這個圓會怎么樣?學生的回答都是逆時針轉．教師在學生的期待下把2個鉤碼掛上,結果卻出乎學生的意料,圓竟不轉．

④ 再問學生,如果掛在A2豎直下方的A3上,圓又會怎么樣?然后讓學生找A3、A2及A2′的相同點,因為他們都在同一直線上,學生看著圓馬上答出就是O點到A3、A2及A2′三點所在的線的距離相等,真的是這樣的嗎?教師可以再進一步檢驗他們得出的結論,適時引出力臂概念．

教具2:用同心圓突破.

(1) 材料:一個硬紙板,一個鐵架臺,一個杠桿,彈簧秤,2個鉤碼,細線若干.

(2) 教具圖:如圖2所示.

圖2 同心圓突破力臂概念

(3) 制作過程.

① 用大圓規在硬紙上畫個幾個同心圓[2],在圓心處標上O,表示支點．

② 按圖所示把杠桿固定在鐵架臺上,在杠桿左端掛2個鉤碼(為方便計算,設每個鉤碼重為3N)．

(4) 操作過程.

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

② 再問學生,把彈簧秤往外移一個圓,如圖乙所示,此時示數會怎么變?教師演示,讓學生讀出此時為7.5N．

③ 再問學生,如果把乙中的彈簧秤傾斜過程中,示數會怎么變,然后教師演示,等轉到丙圖時,讓學生讀數此時彈簧示數為10N,再轉到往左下拉時(用往左下的虛線表示)也是10N,讓學生找規律,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生讀出彈簧秤的讀數為10N,再轉到左下拉(往左下的虛線方向所示拉)也為10N,讓學生比較丙、丁,同時思考為什么都是10N,相同點是什么?學生自然而然能得出: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根標有刻度的棒(可以用實驗室中做杠桿平衡的杠桿做),鐵架臺,大小物體各一個,線若干.

(2) 裝置圖:如圖3所示.

甲 乙

(3) 制作過程.

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

(4) 操作過程.

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

② 教師問學生,如果把右邊的半根往下折,如乙圖所示,此時杠桿會發生什么變化?學生的回答肯定順時針轉動,但事實是逆時針轉動,問平衡怎么辦,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平衡了．

③ 問學生,剛才的平衡跟現在的平衡有什么相同點,學生得出,就是上面的支點到線的距離都沒變,這就很自然得出力臂,當然教師可以再問,單這一次能不能直接得出結論,可以多做幾次,但最后的結果都一樣．

教具4:用“力臂儀”[3]突破.

(1) 材料:一根窗軌及和一個窗軌輪,一支染成紅色橡皮寬筋,一個支架,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) 制作過程.

① 先做一個支架,使整個杠桿能立在地上,把窗軌分成2段,一段放在水平,中間打個洞,使它能繞這個點自由轉動,記這個點為O點,并在其左右邊各打2個洞．

② 在右邊離O點近的那個洞上,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) 操作過程.

① 先在杠桿左端掛一個熱水袋,其他生活用品也可以．

圖5 簡圖

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

③ 問學生,如果把滑輪移到T1或B點,它的情況會怎么樣?學生回答是會停在那里,教師演示后發現,不管滑輪是停在B點還是T1點,只要他沿著CA方向的拉力不變,它都停在D點,這樣就可以得出,這個力不變時,OD長度始終不變,這就是力臂,當然我們還可以進一步拓展,如果往右下方拉,而且拉力還是

剛才大小時,學生們會發現,那橡皮筋的長度跟剛才是一樣的即始終是支點到力的作用線的垂直距離,這樣對力臂的概念不但很好突破,更對它印象深刻．

3 反思

物理教學中,有好多概念和規律的得出是相當復雜而抽象的．當碰到諸如“力臂”概念難點時,我們教師不應該只想如何把“力臂”等這些概念直接傳授給學生,而是要通過低成本、高見度、高成功率的創新小實驗來突破概念教學的難點,并通過實驗的演示,讓學生親歷概念的形成和發展過程,使知識由抽象化為形象,由復雜變簡單,并讓學生在探究過程中掌握和理解力臂等概念．當然這樣的教學理念跟教師的理念是分不開的,現代教學理念應該由“傳授式教學”向“探究式教學”轉變,從而使學生真正做到在體驗中學習,在學習中體驗．當然這樣的設計可能還要對教材的知識塊進行拆分和重組,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生的認知發展規律,如何使教學更有效,在創新小實驗時,適當地對教材的編排進行一定的重組,這也是我們值得思考的問題,真正做到用教材而不是教教材．

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

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

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

本文獲浙江省教研基金: “高見度”微創實驗的開發和教學研究(基金號： 06329)資助.

2016-12-14)