“杠桿”一課的教學(xué)設(shè)計(jì)

張正太

(泰州市高港實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇 泰州 225323)

在開學(xué)初的學(xué)校工作檢查中，筆者就“杠桿”一節(jié)的教學(xué)，對(duì)多人進(jìn)行了“同課異構(gòu)”式的跟蹤聽課，普遍感到存在這樣一些問題．第一課時(shí)“什么是杠桿”側(cè)重于強(qiáng)化訓(xùn)練，忽略了對(duì)力臂概念的科學(xué)構(gòu)建.第二課時(shí)“杠桿的平衡條件”過于強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)，學(xué)生事前就知曉了杠桿的平衡條件，使得實(shí)驗(yàn)缺少了探究的氛圍，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作流程就像在完成中考答題似的，應(yīng)試教學(xué)的色彩過濃.筆者及時(shí)組織教師交流，就如何科學(xué)地處理好教材，精心設(shè)計(jì)好教法，充分讓學(xué)生在體驗(yàn)科學(xué)探究過程的前提下，選擇一部分教學(xué)內(nèi)容向課前延伸，進(jìn)行深入的探討．現(xiàn)就蘇教版“杠桿”一節(jié)的教學(xué)，如何讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究，凸顯智慧課堂的一些做法，呈現(xiàn)出來供同仁教學(xué)中參考．

1 教材分析

“簡單機(jī)械和功”一章中所研究的機(jī)械均為杠桿類機(jī)械，掌握杠桿知識(shí)是學(xué)好其他機(jī)械的基礎(chǔ)，杠桿中力和移動(dòng)的距離關(guān)系也是構(gòu)建機(jī)械功的基礎(chǔ)．杠桿知識(shí)、研究思路及方法貫穿于全章的始終，因而，“杠桿”一節(jié)是本章教學(xué)的重點(diǎn)．力臂概念的科學(xué)建立、杠桿的五要素、杠桿平衡條件的科學(xué)探究，是“杠桿”一節(jié)的教學(xué)重點(diǎn).其中科學(xué)構(gòu)建力臂，放手讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，摸索出探究杠桿平衡條件的過程，也是本章教學(xué)的難點(diǎn)．學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升，應(yīng)成為本節(jié)教學(xué)的亮點(diǎn)．

“杠桿”知識(shí)是建立在日常接觸到的剪刀、指甲剪、夾子、老虎鉗、羊角錘等物體的基礎(chǔ)上，深入研究其特點(diǎn)，構(gòu)建起杠桿模型的,是在運(yùn)用二力平衡的相關(guān)知識(shí)、技能和研究方法的基礎(chǔ)上探究出杠桿平衡條件的，這應(yīng)該成為“杠桿”知識(shí)構(gòu)建的落腳點(diǎn)．本節(jié)內(nèi)容從學(xué)生熟悉的物體入手，引導(dǎo)學(xué)生探究并認(rèn)識(shí)其中隱含的物理規(guī)律，同時(shí),將學(xué)到的物理知識(shí)及科學(xué)方法與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合．充分體現(xiàn)了“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)”的新課程理念．

2 教學(xué)流程的設(shè)計(jì)

“杠桿”一課設(shè)計(jì)成兩個(gè)課時(shí)，第一個(gè)課時(shí)講授“什么是杠桿”；第二課時(shí)講授“杠桿的平衡條件”.

2.1 什么是杠桿

主要教學(xué)任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生從生活中走進(jìn)物理，由日常接觸的物體中認(rèn)識(shí)杠桿的特點(diǎn)，識(shí)別杠桿,掌握杠桿的五要素，能正確作出動(dòng)、阻力的示意圖及對(duì)應(yīng)的力臂.從力的三要素入手，定性探究動(dòng)力大小與哪些因素有關(guān)，科學(xué)構(gòu)建“力臂”概念．為使三維目標(biāo)在每一個(gè)環(huán)節(jié)上都得到很好地落實(shí)，且呈現(xiàn)出螺旋式的上升，筆者設(shè)計(jì)時(shí)，將它分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)．

2.1.1 課前自主學(xué)習(xí)活動(dòng)

為了保證課堂上能充分挖掘出力臂的內(nèi)涵,學(xué)生自主突破動(dòng)、阻力方向的確定這一難點(diǎn)，使科學(xué)探究活動(dòng)得以實(shí)施,筆者將一部分不影響探究過程，又便于自學(xué)的內(nèi)容落實(shí)在導(dǎo)學(xué)案上的課前自主學(xué)習(xí)活動(dòng)中進(jìn)行，所布置的內(nèi)容如下.

(1)分別作出銳、直、鈍角三角形三條邊上的高(圖略).

(2)閱讀思考教材中“活動(dòng)11.2”前的所有內(nèi)容.

1)觀察教材中“圖11-2”并感知杠桿實(shí)物操作，說出它們有哪些共同特點(diǎn).你還能列舉出哪些杠桿的實(shí)例.

2)找出杠桿五要素中的關(guān)鍵詞，認(rèn)真加以領(lǐng)悟.

(3)分別作出圖1中杠桿的動(dòng)力臂和阻力臂.

圖1

上述課前自主學(xué)習(xí)3道訓(xùn)練題是學(xué)生應(yīng)掌握的重點(diǎn)知識(shí)．由于學(xué)生有了這方面的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，便于自學(xué)完成，且不影響力臂的科學(xué)構(gòu)建.教師對(duì)第1題、第3題及時(shí)批閱后發(fā)下去，課前采用了一幫一的形式，讓學(xué)生相互糾錯(cuò)，達(dá)成基本掌握的目的．

2.1.2 課堂學(xué)習(xí)

(1)識(shí)別杠桿，掌握杠桿五要素

1)活動(dòng)展示，識(shí)別杠桿．課堂教學(xué)從“活動(dòng)11.1拔圖釘”入手，教師提供羊角錘、螺絲刀、老虎鉗等工具．

a.讓學(xué)生登臺(tái)，用不同工具展示拔釘?shù)姆椒?，說出杠桿的支點(diǎn)位置和動(dòng)力、阻力的方向．

b.教師利用課件呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的杠桿示意圖．

2)分析杠桿受力，總結(jié)共同特點(diǎn)．引導(dǎo)學(xué)生分析拔釘課件上的杠桿示意圖，課前自主學(xué)習(xí)訓(xùn)練題3，總結(jié)歸納出支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力的特點(diǎn)即

a.支點(diǎn)，動(dòng)、阻力的作用點(diǎn)都在杠桿上.

b.動(dòng)、阻力在支點(diǎn)的同一側(cè)，二力的方向大致相反；動(dòng)、阻力在支點(diǎn)的兩側(cè)，二力的方向大致相同(簡稱“同側(cè)異，異側(cè)同”).

3)大屏幕反饋學(xué)生所畫的力臂，共同分析糾錯(cuò)到位．

(2)科學(xué)探究，構(gòu)建力臂

1)猜想：動(dòng)力的大小與哪些因素有關(guān)．如何科學(xué)構(gòu)建“力臂”，筆者是在“活動(dòng)11.1拔圖釘”的基礎(chǔ)上，利用杠桿支架，在阻力的大小、方向、作用點(diǎn)都一定的情況下，給杠桿施加一動(dòng)力，使杠桿在如圖2中的位置保持靜止.試問動(dòng)力的大小會(huì)與哪些因素有關(guān)？學(xué)生憑借生活經(jīng)驗(yàn)，自認(rèn)為動(dòng)力作用點(diǎn)距支點(diǎn)越遠(yuǎn)，動(dòng)力會(huì)越小(力臂的常見誤區(qū)).此時(shí)，教師不急于否認(rèn)，而應(yīng)提示學(xué)生從力的三要素方面去猜想，這時(shí)，學(xué)生自然會(huì)猜想出動(dòng)力大小還可能與動(dòng)力的方向有關(guān)．即在阻力的三要素一定的情況下，可能與動(dòng)力的作用點(diǎn)、動(dòng)力的方向兩個(gè)因素有關(guān)．

圖2

2)探究：演示實(shí)驗(yàn)，觀察動(dòng)力大小的變化規(guī)律．在探究動(dòng)力大小與動(dòng)力作用點(diǎn)的關(guān)系時(shí)，力的作用點(diǎn)可分別取杠桿上的A,C,D三點(diǎn)，用彈簧測力計(jì)施力時(shí)都保持豎直上拉，從而學(xué)生得到,動(dòng)力方向一定，動(dòng)力的作用點(diǎn)距支點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，動(dòng)力就越小.接下來,探究動(dòng)力大小與動(dòng)力方向的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)時(shí)自然就選D點(diǎn)施力，教師在D點(diǎn)施力時(shí)，在始終保持杠桿在圖中位置靜止的前提下，有意識(shí)按圖中a，b，c虛線所示的三個(gè)不同方向依次旋轉(zhuǎn)施力的角度．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是，沿a方向動(dòng)力Fa>F2(與學(xué)生原有的認(rèn)識(shí)相沖突)；當(dāng)動(dòng)力方向逐漸轉(zhuǎn)至b方向時(shí)，動(dòng)力逐漸變小直至最?。贿^b后，由b向c轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力又逐漸變大.學(xué)生總結(jié)得出,動(dòng)力作用點(diǎn)一定，動(dòng)力大小還與動(dòng)力的方向有關(guān).

3)作力臂，分析對(duì)比、解密力臂.在上述實(shí)驗(yàn)所觀察到的現(xiàn)象基礎(chǔ)上,首先，讓學(xué)生依據(jù)課前自學(xué)力臂的定義，在導(dǎo)學(xué)案上分別作出D點(diǎn)處沿三個(gè)不同方向上的動(dòng)力臂和阻力臂，并逐一比較動(dòng)力臂與阻力臂的大小.然后，進(jìn)行課件展示,利用幾何畫板制作的課件，顯示出在動(dòng)力方向由a向b，再由b向c的過程中，動(dòng)態(tài)生成的動(dòng)力臂變化規(guī)律，更為形象、直觀．

通過上述探究、觀察和分析，學(xué)生自然就明白了其中所隱含的道理，解開了力臂的密碼，科學(xué)構(gòu)建了“力臂”．在構(gòu)建“力臂”的同時(shí)，學(xué)生初步定性得出這樣的結(jié)論即動(dòng)力的大小與動(dòng)力臂、阻力、阻力臂的大小有關(guān)，動(dòng)力臂大于阻力臂時(shí)，則省力；動(dòng)力臂小于阻力臂時(shí)，則費(fèi)力.

4)總結(jié)歸納．在上述科學(xué)探究的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出在阻力、阻力臂、動(dòng)力作用點(diǎn)都一定的情況下，確定最省力的動(dòng)力方向的步驟.第一步，作出支點(diǎn)與動(dòng)力作用點(diǎn)的連線；第二步，過動(dòng)力作用點(diǎn)作該連線的垂線，且方向按“同側(cè)異，異側(cè)同”確認(rèn)．若動(dòng)力作用點(diǎn)沒有明確，欲最省力，需先找出杠桿上的哪一點(diǎn)距支點(diǎn)O最遠(yuǎn)，確定為動(dòng)力作用，余下的作法同上．

2.1.3 當(dāng)堂訓(xùn)練，強(qiáng)化力臂的作法(略)

需要說明的是，若因?qū)W生基礎(chǔ)差，本節(jié)課上為減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，可將最大力臂的作法放在習(xí)題課上進(jìn)行．另外，訓(xùn)練題中要有一道動(dòng)力的作用線恰好通過支點(diǎn)的題目，若學(xué)生做錯(cuò)后，使其共同糾錯(cuò)，得出力臂L1=0，并通過推拉教室的門，感知無轉(zhuǎn)動(dòng)效果而得以到位，這樣的糾錯(cuò)印象會(huì)更深刻．

2.2 杠桿的平衡條件

主要教學(xué)任務(wù)是實(shí)驗(yàn)探究杠桿的平衡條件，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)技能.對(duì)杠桿進(jìn)行分類并了解其特點(diǎn)及應(yīng)用，體現(xiàn)由物理走向社會(huì)的新課程理念．其中探究杠桿的平衡條件是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，如何創(chuàng)設(shè)好時(shí)機(jī)，讓學(xué)生真正以科學(xué)家的身份進(jìn)行科學(xué)探究，體現(xiàn)智慧課堂．筆者做了如下精心設(shè)計(jì).

2.2.1 課前自主學(xué)習(xí)

(1)根據(jù)二力平衡和對(duì)力臂的科學(xué)探究情況，完成下列填空：

1)在動(dòng)力、阻力的作用下平衡時(shí)，杠桿應(yīng)處于______或______狀態(tài)；

2)杠桿平衡時(shí)，動(dòng)力的大小與哪些因素有關(guān)？______.

(2)在探究杠桿的平衡條件時(shí)，下面圖3中5幅實(shí)驗(yàn)裝置圖均處于靜止?fàn)顟B(tài)．你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)時(shí)所選用的器材及調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)時(shí)，應(yīng)選______裝置測量更為方便而又科學(xué)合理．請你在課堂上大膽地闡述理由．

圖3 探究杠桿平衡條件時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝置

第(1)題能起到溫故知新、自然過渡的作用；第(2)題能體現(xiàn)出學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和正確處理實(shí)際問題的能力．筆者放在課前是想讓學(xué)生有充足的時(shí)間獨(dú)立思考，同時(shí),也為學(xué)生課堂探究活動(dòng)贏得了一定的時(shí)間．答案的正確選擇也是學(xué)生敢于向權(quán)威的挑戰(zhàn)．

2.2.2 課堂學(xué)習(xí)

(1)討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.在確認(rèn)杠桿的平衡狀態(tài)后，先在小組內(nèi)交流各自對(duì)“課前自主學(xué)習(xí)”中第(2)題的5種裝置利弊的認(rèn)識(shí)后，再集中討論確定出實(shí)驗(yàn)探究可選用的操作方案圖3(b)和圖3(e)．

需要說明的是，教科書所采用的就是圖3(a)裝置．筆者以為圖3(a)動(dòng)力F1豎直下拉，彈簧測力計(jì)有自重，又不便調(diào)零，直接讀出示數(shù)，顯然得不出杠桿的平衡條件．若是再取一支已調(diào)“0”的測力計(jì)，按照教師教學(xué)用書上的校正方法，即便能夠測出，但處理數(shù)據(jù)的方法會(huì)令學(xué)生感到在云里霧里，難以理解．通過集體交流，學(xué)生會(huì)達(dá)成以下共識(shí)即圖3(c)、(d)杠桿傾斜靜止，不便于直接測力臂，可選的操作方案圖3(b)、(e)既科學(xué)又方便，顯而易見．這也是將設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的主動(dòng)權(quán)交給了學(xué)生．

(2)創(chuàng)設(shè)情境，順其自然地得出“兩個(gè)調(diào)平”的作用．當(dāng)選定好實(shí)驗(yàn)方案后，面對(duì)桌上所提供的杠桿支架、鉤碼、彈簧測力計(jì)，學(xué)生如何操作.教師只需提出下面的問題讓學(xué)生驗(yàn)證即在沒有調(diào)平的杠桿支架上，直接加掛鉤碼、施加動(dòng)力，當(dāng)杠桿水平靜止時(shí)，杠桿的自身重力有轉(zhuǎn)動(dòng)效果嗎？學(xué)生需要將未調(diào)水平的杠桿支架直接轉(zhuǎn)到水平，就會(huì)發(fā)現(xiàn)松手以后不能保持水平狀態(tài)，有轉(zhuǎn)動(dòng)效果．這一現(xiàn)象既說明了實(shí)驗(yàn)前將杠桿支架調(diào)至水平的必要，又體現(xiàn)出這樣調(diào)節(jié)的目的是讓杠桿處于水平靜止時(shí)，重力作用線通過支點(diǎn)，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果.每次實(shí)驗(yàn)都要讓杠桿保持水平狀態(tài)，目的既是便于直接從杠桿上讀出力臂，又讓杠桿自身的重力作用線過支點(diǎn)，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果(一般中考題的答案只有前者，顯然不夠科學(xué))．當(dāng)然，如果學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的杠桿轉(zhuǎn)軸恰好在正中央，調(diào)平后，杠桿重心就恰好在支點(diǎn)上，即便實(shí)驗(yàn)時(shí)杠桿傾斜，也不會(huì)有轉(zhuǎn)動(dòng)效果，因而不必作答后者．采用這樣的設(shè)問和驗(yàn)證，使得規(guī)范操作自然而又必要，學(xué)生就能知其所以然了．

(3)體現(xiàn)控制變量在探究杠桿平衡條件中的運(yùn)用．教科書上在設(shè)計(jì)該探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，不是讓學(xué)生任做三組實(shí)驗(yàn)分析得出結(jié)論，而是有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生采用控制變量進(jìn)行研究，這一做法很有必要．但筆者以為動(dòng)力的大小與三個(gè)因素有關(guān)，分三種情形探究時(shí)，至少要設(shè)計(jì)四組記錄數(shù)據(jù)的表格．顯然，教科書上少了一組．筆者讓學(xué)生追加了一組，并提醒學(xué)生嚴(yán)格按照教科書中第3頁上“做一做”的三種情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保證相鄰兩組數(shù)據(jù)依次對(duì)應(yīng)一種情形的探究.這樣的實(shí)驗(yàn)探究過程，能讓編者的意圖真正落到實(shí)處．

(4)數(shù)據(jù)分析歸納，關(guān)注生成教學(xué)．學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要加強(qiáng)個(gè)別指導(dǎo).四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測出后，要利用大屏展示相關(guān)數(shù)據(jù)，既要讓學(xué)生檢查是否嚴(yán)格按照控制變量逐一探究的，又要用心找出“動(dòng)力+動(dòng)力臂=阻力+阻力臂”的特例加以呈現(xiàn)，讓學(xué)生進(jìn)一步感知本實(shí)驗(yàn)測多組數(shù)據(jù)的目的就是便于發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出普遍規(guī)律．讓這一結(jié)論自然生成．

(5)從物理走向社會(huì)．阿基米德：“只要給我一個(gè)支點(diǎn)，我就可以撬動(dòng)地球.”感受到物理知識(shí)的神奇，同時(shí)，讓學(xué)生運(yùn)用杠桿平衡條件對(duì)教科書圖11-6上的杠桿和生活中的剪刀進(jìn)行分類，并有意突出使用省力杠桿時(shí)省力就必費(fèi)距離，為日后探究機(jī)械功打下伏筆.還要進(jìn)一步挖掘，用同一剪刀的不同部位剪物體時(shí)，動(dòng)力的大小也會(huì)變化，體現(xiàn)其靈活性．

3 教后感悟

“科學(xué)探究”是時(shí)代的召喚，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要．欲使“科學(xué)探究”變?yōu)榻處煹淖杂X行動(dòng)，就得在認(rèn)真鉆研教材，準(zhǔn)確定位好“三維目標(biāo)”的前提下，吃透學(xué)情，分解“三維目標(biāo)”，借助“教學(xué)案”這一文本材料，將課前自主學(xué)習(xí)、課后鞏固提升的用時(shí)總量通盤考慮好，切實(shí)減輕學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān),將新課教學(xué)的內(nèi)容與課前自主學(xué)習(xí)的知識(shí)有機(jī)地整合好，讓一部分便于自學(xué)，且又不影響探究的內(nèi)容向課前延伸，將科學(xué)探究流程精心設(shè)計(jì)好，確保真探究，著力打造高效課堂．

各位同仁，在教學(xué)中要更新理念，勇于實(shí)踐．多創(chuàng)新，少照搬，爭做研究型教師．與學(xué)生同創(chuàng)智慧型課堂，共享成功喜悅．