黄建林 朱春凤 王华震

(1. 浙江省绍兴市柯桥区兰亭镇中学，浙江 绍兴 312041； 2. 绍兴市柯桥区齐贤镇中学，浙江 绍兴 312065；3. 浙江省绍兴市柯桥区教师发展中心，浙江 绍兴 312030)

应用自制教具突破力臂概念教学难点

黄建林1朱春凤2王华震3

(1. 浙江省绍兴市柯桥区兰亭镇中学，浙江 绍兴 312041； 2. 绍兴市柯桥区齐贤镇中学，浙江 绍兴 312065；3. 浙江省绍兴市柯桥区教师发展中心，浙江 绍兴 312030)

力臂概念的建构一直是初中物理教学的难点之一,但力臂又非常重要,它既是杠杆分类的依据之一,也是探究杠杆平衡条件的基础,所以如何突破难点有效建构力臂概念是初中物理教师经常探讨的话题．本文通过创新教具的制作,对突破“力臂”概念教学难点进行了几种实践和尝试．

初中物理； 力臂； 教学难点

1 力臂概念的教学困难及结果

经过调查发现,现阶段力臂概念的教学困难主要有以下2方面.

1.1 教的抛物现象[1]

教师在上课时无法向学生展示力臂概念清晰的建构过程,而是开门见山,直接对力臂下定义，即直接把概念抛给学生．这样的结果导致学生知道有力臂这个词,但不明白其真正的意义及作用,不但会影响后面杠杆的分类,长此以往,更会对物理这门课失去兴趣．

1.2 学的脱节现象

学生的学习是一个循序渐进的过程,教师一下子抛出力臂概念,学生没有经过思维的碰撞过程,只是死记硬背地把力臂这个概念记住了．他们没有通过形象思维过程,更没有经过动作思维过程,直接跳到抽象逻辑思维过程,势必造成对概念的理解不够,在以后的学习中,往往会把支点到力的作用点当作力臂来处理．这样的学习不符合学生的认知发展规律,也不符合最近发展区理论,学生的学习过程出现严重脱节现象,作为教师应该想方设法给学生搭建“脚手架”，努力降低他们的学习难度．

2 开发创新教具，有效突破难点

2.1 利用“圆”来突破

教具1:用一个圆突破.

(1) 材料:一个硬纸板,一个铁架台,几枚相同的钉子,红黑笔,若干纸线,圆规一个,剪刀一把.

(2) 教具图:如图1所示.

图1 一个圆突破力臂概念

(3) 制作过程.

① 用大圆规在硬纸上画个圆,在圆心处标上O,表示支点．

② 按图所示画一直径,在O的相同距离处分别标上A1和B1及A2和B2,并在A1的竖直方向上标上A1′和在A2的的竖直方向上标上A2′,同理在在距离A1O的两倍距离上标上A2和A2′及A3,如图1所示．

(4) 操作过程.

① 先在B1挂上4个钩码,问学生在离B1与O相等距离的A1要挂几个钩码,这时学生能很快回答出是4个．

② 再问如果把钩码挂在离O的2倍距离的A2点上,应该挂多少,学生也说出来,是2个．(此时A2放一枚钉子,为了去除钉子的重力对实验的影响,应在相同的反方向B2也放一枚相同的钉子)

③ 再问学生,如果把刚才的2个钩码挂在A2竖直方向上的A2′,这个圆会怎么样?学生的回答都是逆时针转．教师在学生的期待下把2个钩码挂上,结果却出乎学生的意料,圆竟不转．

④ 再问学生,如果挂在A2竖直下方的A3上,圆又会怎么样?然后让学生找A3、A2及A2′的相同点,因为他们都在同一直线上,学生看着圆马上答出就是O点到A3、A2及A2′三点所在的线的距离相等,真的是这样的吗?教师可以再进一步检验他们得出的结论,适时引出力臂概念．

教具2:用同心圆突破.

(1) 材料:一个硬纸板,一个铁架台,一个杠杆,弹簧秤,2个钩码,细线若干.

(2) 教具图:如图2所示.

图2 同心圆突破力臂概念

(3) 制作过程.

① 用大圆规在硬纸上画个几个同心圆[2],在圆心处标上O,表示支点．

② 按图所示把杠杆固定在铁架台上,在杠杆左端挂2个钩码(为方便计算,设每个钩码重为3N)．

(4) 操作过程.

① 先用甲图,把弹簧秤放在第3个圆上,向下竖直拉,使杠杆在水平位置平衡,读出此时弹簧秤的读数,如为10N．

② 再问学生,把弹簧秤往外移一个圆,如图乙所示,此时示数会怎么变?教师演示,让学生读出此时为7.5N．

③ 再问学生,如果把乙中的弹簧秤倾斜过程中,示数会怎么变,然后教师演示,等转到丙图时,让学生读数此时弹簧示数为10N,再转到往左下拉时(用往左下的虚线表示)也是10N,让学生找规律,即圆心到力的作用线的垂直距离是一样的,都为半径的长度．

④ 真的是这样吗?如果把弹簧秤再往右移,到丁图所示位置让学生读出弹簧秤的读数为10N,再转到左下拉(往左下的虚线方向所示拉)也为10N,让学生比较丙、丁,同时思考为什么都是10N,相同点是什么?学生自然而然能得出:圆心到该线的距离即切线的距离都是半径,这就很容易得出力臂概念．

教具3:用2根棒突破.

(1) 材料:2根标有刻度的棒(可以用实验室中做杠杆平衡的杠杆做),铁架台,大小物体各一个,线若干.

(2) 装置图:如图3所示.

甲 乙

(3) 制作过程.

把下面的杠杆分成2段,中间用螺母固定,使它能转动,然后按图所示挂在铁架台上备用．

(4) 操作过程.

① 先按甲图所示,移动上面的线,使得上面2根线在同一竖直位置,并让学生读出上面的那根杠杆的示数．

② 教师问学生,如果把右边的半根往下折,如乙图所示,此时杠杆会发生什么变化?学生的回答肯定顺时针转动,但事实是逆时针转动,问平衡怎么办,最后得出右边的物体往右移,教师演示,移到跟上面的线在同一竖直位置时平衡了．

③ 问学生,刚才的平衡跟现在的平衡有什么相同点,学生得出,就是上面的支点到线的距离都没变,这就很自然得出力臂,当然教师可以再问,单这一次能不能直接得出结论,可以多做几次,但最后的结果都一样．

教具4:用“力臂仪”[3]突破.

(1) 材料:一根窗轨及和一个窗轨轮,一支染成红色橡皮宽筋,一个支架,纸和胶水若干，弹簧秤.

(2) 装置图:如图4所示.

图4 力臂仪突破力臂概念

(3) 制作过程.

① 先做一个支架,使整个杠杆能立在地上,把窗轨分成2段,一段放在水平,中间打个洞,使它能绕这个点自由转动,记这个点为O点,并在其左右边各打2个洞．

② 在右边离O点近的那个洞上,使一段窗轨斜着固定在它上面,并在这段窗轨前放一个弹簧秤,使弹簧秤刚好跟这小段窗轨平行且看上去重合在一起．

③ 在动力臂这里用一根染成红色的橡皮宽筋,在其未端绑着窗轨轮,并使这个轮子放入那小段的窗轨中,并在窗轨两端用窗锁锁住,以防滑轮滑出窗轨．

(4) 操作过程.

① 先在杠杆左端挂一个热水袋,其他生活用品也可以．

图5 简图

② 使弹簧秤按图5所示拉,即CA方向拉,记支点为O,一开始橡皮筋的滑轮停在了小段窗轨那个点,记作D点．

③ 问学生,如果把滑轮移到T1或B点,它的情况会怎么样?学生回答是会停在那里,教师演示后发现,不管滑轮是停在B点还是T1点,只要他沿着CA方向的拉力不变,它都停在D点,这样就可以得出,这个力不变时,OD长度始终不变,这就是力臂,当然我们还可以进一步拓展,如果往右下方拉,而且拉力还是

刚才大小时,学生们会发现,那橡皮筋的长度跟刚才是一样的即始终是支点到力的作用线的垂直距离,这样对力臂的概念不但很好突破,更对它印象深刻．

3 反思

物理教学中,有好多概念和规律的得出是相当复杂而抽象的．当碰到诸如“力臂”概念难点时,我们教师不应该只想如何把“力臂”等这些概念直接传授给学生,而是要通过低成本、高见度、高成功率的创新小实验来突破概念教学的难点,并通过实验的演示,让学生亲历概念的形成和发展过程,使知识由抽象化为形象,由复杂变简单,并让学生在探究过程中掌握和理解力臂等概念．当然这样的教学理念跟教师的理念是分不开的,现代教学理念应该由“传授式教学”向“探究式教学”转变,从而使学生真正做到在体验中学习,在学习中体验．当然这样的设计可能还要对教材的知识块进行拆分和重组,尽管教材有教材的编排体系,有一定的逻辑顺序在那里．但如何真正做到符合学生的认知发展规律,如何使教学更有效,在创新小实验时,适当地对教材的编排进行一定的重组,这也是我们值得思考的问题,真正做到用教材而不是教教材．

1 白振宇.“力臂”教学的真正突破口在哪里[J].中学物理教学参考，2007(4)：61-63.

2 郑青岳.郑青岳科学教育讲演录[M].杭州:浙江教育出版社,2015：46-47.

3 刘小洪,周洪.力臂概念的创新教法[J].物理通报，2013(3)：28-30.

本文获浙江省教研基金: “高见度”微创实验的开发和教学研究(基金号： 06329)资助.

2016-12-14)