以“問”設(shè)境，探究“二力平衡”

學(xué)習(xí)物理，離不開問題。通過問題來激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生在問題中多思考、多動手、多實(shí)踐，漸進(jìn)發(fā)展物理素養(yǎng)。筆者結(jié)合“二力平衡”教學(xué)，試圖從問題導(dǎo)學(xué)中讓學(xué)生探析“二力平衡”的條件，以此來深化對物理知識的理解。

一、展示概念，從問題中引出“二力平衡”

“二力平衡”是初中物理的重點(diǎn)之一，在概念展示上，先從“平衡”入手。如果某物體在兩個力作用下處于平衡狀態(tài)，我們就說“這兩個力相互平衡”。從物理概念中，讓學(xué)生對照教材，討論“兩個力在什么條件下得到平衡？”根據(jù)“二力平衡”的定義，可以歸納出哪些條件？如“同體、等值、反向、共線”。認(rèn)識了概念之后，說說“二力平衡”產(chǎn)生的條件是什么？由此得到“同一個物體”受到“兩個力”的作用，這一前提，滿足“同體”要求。學(xué)生在思考該問題時，難免出現(xiàn)疑惑，我們在課堂上，怎樣讓學(xué)生掌握“二力平衡”的特征？引入動手實(shí)踐，拿出一把剪刀，將“卡片”一分為二。在未剪開之前，卡片是一張，而剪開后，卡片變成兩半張，研究對象變?yōu)閮蓚€，受力個數(shù)也發(fā)生變化。反思“二力平衡”的概念與條件，“同體”是基本條件，教師可以讓學(xué)生結(jié)合實(shí)踐體驗(yàn)，認(rèn)真閱讀教材，從中感知“二力平衡”的特征，發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。

二、在實(shí)踐活動中融入問題，體驗(yàn)物理探究

在學(xué)習(xí)物理時，對問題的導(dǎo)入要基于學(xué)生的探究意識，引領(lǐng)學(xué)生從實(shí)踐探索中感知物理，領(lǐng)會物理的本質(zhì)。在“二力平衡”條件探究中，教材中將卡片作為研究對象，利用兩個鉤碼，通過定滑輪連接起來。當(dāng)改變鉤碼個數(shù)時，對卡片的拉力也發(fā)生變化；在探索二力共線問題時，可以通過旋轉(zhuǎn)卡片角度來改變拉力方向。在本實(shí)驗(yàn)探究中，為什么要選擇卡片？主要由于卡片質(zhì)量輕，其重力可以“忽略不計(jì)”，由此，在分析“二力平衡”時，就可以將重心放在“二力平衡”的條件上。不過，問題又出來了：“忽略不計(jì)”需要滿足什么條件？結(jié)合該實(shí)驗(yàn)，對于影響“二力平衡”的因素進(jìn)行梳理，讓學(xué)生正確、科學(xué)地認(rèn)識實(shí)驗(yàn)過程，分析鉤碼對卡片的作用力以及卡片自身的重力因素。定滑輪在鉤碼拉力下，其方向是水平的，而卡片在重力作用下，其方向是垂直向下，通過細(xì)線的連接，也會影響對鉤碼的拉力。也就是說，在重力作用下，卡片兩側(cè)的拉力是“不共線”的。不過，根據(jù)卡片重力的計(jì)算，其數(shù)值與鉤碼所作用于細(xì)線的拉力相比，重力所產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鉤碼的拉力，對整個實(shí)驗(yàn)的影響很小，可以“忽略不計(jì)”。同樣，在討論“二力共線”關(guān)系時，結(jié)合該實(shí)驗(yàn)方法，可以通過控制變量法，“二力”的大小相同，方向相反。如何來通過旋轉(zhuǎn)卡片來實(shí)現(xiàn)在兩個方向上所受的拉力大小相同，但方向卻是相反的？學(xué)生動手體驗(yàn)后，明確只有“在卡片的正中間”作為旋轉(zhuǎn)軸，才能達(dá)到大小相同、方向相反的二力平衡；否則，二力的方向?qū)⒉弧肮簿€”。

三、另辟實(shí)驗(yàn)途徑，讓學(xué)生領(lǐng)會“二力平衡”的條件

在物理知識學(xué)習(xí)中，教師要給予學(xué)生自主動手、自主實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，特別是依托問題情境，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中自主思考，發(fā)展物理學(xué)科素養(yǎng)。本節(jié)“二力平衡”知識探究教學(xué)中，對“二力平衡”的條件進(jìn)行了探究，可以鼓勵學(xué)生從實(shí)驗(yàn)對比中引出問題，在前面的卡片實(shí)驗(yàn)中，雖然實(shí)驗(yàn)過程直觀，但存在干擾因素。如卡片的重力影響，對定滑輪的功能不理解。為此，我們可以利用彈性繩和圓形薄鐵片來改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受“二力平衡”的條件。先將彈簧繩懸掛起來，中間連接圓形鐵片，下面懸掛小球。觀察并分析受力情況。重力是無法消除的，但可以將重力轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)平衡條件。物體本身受彈性繩的拉力向上，自身重力向下，處于平衡狀態(tài)需要滿足什么條件？借助于精簡實(shí)驗(yàn)提出問題：實(shí)驗(yàn)中，小球受到哪些力？如何得到平衡？很顯然，小球的重力G與彈性繩的拉力F，得到F=G。如果輕輕托舉小球，則F與G的大小關(guān)系如何變化？用力向下拉小球，F(xiàn)與G的大小關(guān)系如何？在“二力”共線關(guān)系上，如果將小球轉(zhuǎn)向一側(cè)，保持彈性繩垂直，在F與G相等條件下，猜想小球在松手后如何變化？學(xué)生能夠從中深刻認(rèn)識“二力平衡”的條件，體會到學(xué)習(xí)的樂趣。

總之，學(xué)生的探究是從問題開始的，教師要通過設(shè)置有效的問題激發(fā)學(xué)生的探究意識，拓展和延伸學(xué)生的思維，提升課堂教學(xué)的有效性。