基于體驗的初中物理概念引入教學*
——以“力臂”為例

洪從兵

《義務教育物理課程標準（2022 年版）》（以下簡稱“新課標”）明確要求，初中物理課程要幫助學生從物理學視角認識自然、解決相關問題，初步形成科學的自然觀。初中物理概念的教學是落實這一要求的途徑之一，在平時的教學中教師要重視概念的教學，強化概念的引入過程，讓學生體驗概念的生成過程。初中物理力臂概念的教學，前承杠桿概念的鞏固，后啟杠桿平衡條件、杠桿的應用等新知識的學習，是高中物理力矩教學的基礎。因此，對力臂概念引入的教學進行深入的研究與分析，具有非常重要的意義。

一、不同版本教材力臂概念的編寫分析

人教版、蘇科版物理教材在介紹了杠桿的定義后，直接給出了力臂的定義“支點到動力作用線的距離叫動力臂，支點到阻力作用線的距離叫阻力臂”，都缺少力臂對杠桿平衡作用介紹，更沒有引入力臂這一概念的學習環節。

（圖1）

教科版教材在介紹了杠桿的定義后，先介紹了動力、阻力的定義，設計了如圖1 所示的“杠桿平衡”演示實驗。圖1（a）是一個平衡的杠桿，移動一邊鉤碼的懸掛點，觀察產生的現象。如圖1（b）所示，用一個帶桿的滑輪向左（或向右）推動右邊鉤碼的懸線，改變作用力的方向，再觀察產生的現象，分析實驗現象，得出杠桿的平衡不僅與動力與阻力的大小有關，還與力的作用點及力的作用方向有關，進而引入力臂的概念。

筆者認為，教師在教學中如果按人教版或蘇科版教材那樣直接講解力臂的定義，學生不會理解引入力臂這一概念的意圖，也不會理解力臂對杠桿平衡的作用。教科版教材安排了一個演示實驗，讓學生觀察，得出杠桿的平衡不僅與力的大小有關，還與力的方向、作用點有關，再引入力臂的概念，對學生理解力臂的概念及它對杠桿平衡的影響有一定的幫助，但對力臂概念的本質的理解還不到位，且有可能讓學生形成“只要作用在杠桿上的力的作用點或方向不同，其對杠桿的平衡的影響就不同”的誤解。

上述三種版本的教材對力臂概念的引入方式，只能讓學生對力臂的概念形成表面的感性認識，容易導致學生對力臂的物理意義認識不清。缺失對學生科學思維和科學探究的培養，不利于學生形成科學的物理觀念，反而可能引發學生對力臂概念的錯誤認識。

二、基于體驗的力臂概念引入教學

通過分析力臂概念的本質，結合學生認知發展水平，遵循概念形成的邏輯順序，以培養學生科學探究能力為目標，筆者設計了一組“尋找更小的力——尋找影響杠桿平衡的一個重要物理量”的體驗活動，開展力臂概念引入教學。

1.力的作用點影響杠桿的平衡

情境創設：如圖2 所示，以鉤碼重物，在A點用彈簧測力計豎直向下拉，使杠桿在水平位置平衡，請學生利用彈簧測力計尋找拉起重物更小的動力。

教師引導學生進行實驗探究、動手體驗，學生很容易得出改變力的作用點可達到實驗目的，可以增大動力的作用點到支點的距離，將動力作用點從A移到B點，或減小阻力（鉤碼）到支點的距離，就可以尋找到更小的動力。（如圖3）

（圖2）

（圖3）

2.力的方向影響杠桿的平衡

情境創設：將圖3中動力的作用點固定在B點不變，將力的方向繞B點沿逆時針方向轉動到Fc的方向，觀察彈簧測力計的示數是否變化，這又說明了什么？

學生進行探究發現，如圖4 所示力的方向從Fb變到Fc時，盡管力的作用點沒有改變，但力的大小發生了改變，這說明不僅力的作用點影響杠桿的平衡，力的方向也影響杠桿的平衡。

（圖4）

3.尋找影響杠桿平衡的重要物理量“力臂”

情境創設：再將圖4 中動力的方向繞B點沿順時針轉動，觀察在轉動過程中，測力計示數如何變化？能否尋找到一個方向與Fc不同、但力的大小與Fc相等的位置？

學生通過探究可以發現，當力的方向從Fc開始沿順時針方向旋轉到Fd的過程中，力是先變小再變大；當轉到圖4 中Fd的方向時，Fd的大小與Fc相等，這說明Fd與Fc對杠桿平衡的影響效果是相同的。這時教師再設問：“Fd與Fc盡管方向不同，但有一個量是相同的，你能找到它嗎？”最終學生會發現支點到這兩個力的作用線的距離相等，即lc等于ld。

通過上述的體驗、探究活動學生可以發現，力的作用點和力的方向共同影響杠桿平衡，實質上，這兩個因素共同決定了一個新的物理量，即支點到力的作用線的距離，物理上將這個距離定義為力臂。

三、研究啟示

依據課標要求，反思力臂概念引入的教學過程，筆者得到如下啟示。

1.注意理解概念的物理意義

對事物的理解通常表現為透過事物的現象認識事物的本質。［1］對于力臂概念的教學，如果直接給出力臂的定義，讓學生識記，再通過作圖訓練，雖然學生也能在一定程度上理解力臂，但這只是沒有意義的理解，學生不明白為什么要引入力臂的概念。因此，從尋找影響杠桿平衡的一個物理量的角度引入力臂的概念，是杠桿教學成功的關鍵，它能讓學生真正理解力臂的物理意義，這也為以后學習杠桿的平衡條件及杠桿的應用奠定了一個理解基礎。

2.體驗是建立概念的有效方法

初中階段是學生學習物理的初始階段，在這階段物理教學中突出體驗式教學，有助于培養和保持學生學習物理的興趣，幫助學生逐漸掌握學習和研究物理問題的基本方法。［2］

體驗架起了具象到抽象的橋梁。讓學生經歷解決真問題的探究體驗過程，掌握從特殊到一般的研究物理問題方法，建立起物理概念。由力臂概念的引入可以發現，物理概念的教學包含以下環節：創設問題情境—學生體驗感悟—產生認知沖突—再次體驗、深度思維、解決沖突—運用科學方法建立概念—詮釋概念本質。

由此可見，體驗不僅在物理規律的教學過程中發揮作用，在物理概念的引入教學過程中也有它的價值，通過體驗活動的安排能讓學生更加深入地理解科學探究在學習和研究物理中的作用。

3.注意對教材內容的二次開發

教材是教學的基本資源，是教師進行教學設計時的主要參考，是課程標準的具體體現，是知識的載體。教材內容是既定的，教材的編寫者不可能將相關內容都編入教材，正如葉圣陶先生所說：“教材不過是例子。”但課堂教學是開放的、動態的，這就要求教師在進行教學設計時，要根據課程標準的要求、學生的認知特點和教學實際，充分挖掘教材內容，對教材進行二次開發，適當增減、調整學習內容，開發出符合課標要求、時代特點的課程資源，根據物理學科特點優化教學方法，幫助學生理解知識、掌握方法、提高素養，全面實現教學目標。