“杠杆”一课的教学设计

张正太

(泰州市高港实验学校 江苏 泰州 225323)

在开学初的学校工作检查中，笔者就“杠杆”一节的教学，对多人进行了“同课异构”式的跟踪听课，普遍感到存在这样一些问题．第一课时“什么是杠杆”侧重于强化训练，忽略了对力臂概念的科学构建.第二课时“杠杆的平衡条件”过于强调课前预习，学生事前就知晓了杠杆的平衡条件，使得实验缺少了探究的氛围，学生的实验操作流程就像在完成中考答题似的，应试教学的色彩过浓.笔者及时组织教师交流，就如何科学地处理好教材，精心设计好教法，充分让学生在体验科学探究过程的前提下，选择一部分教学内容向课前延伸，进行深入的探讨．现就苏教版“杠杆”一节的教学，如何让学生经历科学探究，凸显智慧课堂的一些做法，呈现出来供同仁教学中参考．

1 教材分析

“简单机械和功”一章中所研究的机械均为杠杆类机械，掌握杠杆知识是学好其他机械的基础，杠杆中力和移动的距离关系也是构建机械功的基础．杠杆知识、研究思路及方法贯穿于全章的始终，因而，“杠杆”一节是本章教学的重点．力臂概念的科学建立、杠杆的五要素、杠杆平衡条件的科学探究，是“杠杆”一节的教学重点.其中科学构建力臂，放手让学生自主设计实验，摸索出探究杠杆平衡条件的过程，也是本章教学的难点．学生创新能力的培养和提升，应成为本节教学的亮点．

“杠杆”知识是建立在日常接触到的剪刀、指甲剪、夹子、老虎钳、羊角锤等物体的基础上，深入研究其特点，构建起杠杆模型的,是在运用二力平衡的相关知识、技能和研究方法的基础上探究出杠杆平衡条件的，这应该成为“杠杆”知识构建的落脚点．本节内容从学生熟悉的物体入手，引导学生探究并认识其中隐含的物理规律，同时,将学到的物理知识及科学方法与社会实践相结合．充分体现了“从生活走进物理，从物理走向社会”的新课程理念．

2 教学流程的设计

“杠杆”一课设计成两个课时，第一个课时讲授“什么是杠杆”；第二课时讲授“杠杆的平衡条件”.

2.1 什么是杠杆

主要教学任务是引导学生从生活中走进物理，由日常接触的物体中认识杠杆的特点，识别杠杆,掌握杠杆的五要素，能正确作出动、阻力的示意图及对应的力臂.从力的三要素入手，定性探究动力大小与哪些因素有关，科学构建“力臂”概念．为使三维目标在每一个环节上都得到很好地落实，且呈现出螺旋式的上升，笔者设计时，将它分为以下三个环节．

2.1.1 课前自主学习活动

为了保证课堂上能充分挖掘出力臂的内涵,学生自主突破动、阻力方向的确定这一难点，使科学探究活动得以实施,笔者将一部分不影响探究过程，又便于自学的内容落实在导学案上的课前自主学习活动中进行，所布置的内容如下.

(1)分别作出锐、直、钝角三角形三条边上的高(图略).

(2)阅读思考教材中“活动11.2”前的所有内容.

1)观察教材中“图11-2”并感知杠杆实物操作，说出它们有哪些共同特点.你还能列举出哪些杠杆的实例.

2)找出杠杆五要素中的关键词，认真加以领悟.

(3)分别作出图1中杠杆的动力臂和阻力臂.

图1

上述课前自主学习3道训练题是学生应掌握的重点知识．由于学生有了这方面的数学基础，便于自学完成，且不影响力臂的科学构建.教师对第1题、第3题及时批阅后发下去，课前采用了一帮一的形式，让学生相互纠错，达成基本掌握的目的．

2.1.2 课堂学习

(1)识别杠杆，掌握杠杆五要素

1)活动展示，识别杠杆．课堂教学从“活动11.1拔图钉”入手，教师提供羊角锤、螺丝刀、老虎钳等工具．

a.让学生登台，用不同工具展示拔钉的方法，说出杠杆的支点位置和动力、阻力的方向．

b.教师利用课件呈现出对应的杠杆示意图．

2)分析杠杆受力，总结共同特点．引导学生分析拔钉课件上的杠杆示意图，课前自主学习训练题3，总结归纳出支点、动力、阻力的特点即

a.支点，动、阻力的作用点都在杠杆上.

b.动、阻力在支点的同一侧，二力的方向大致相反；动、阻力在支点的两侧，二力的方向大致相同(简称“同侧异，异侧同”).

3)大屏幕反馈学生所画的力臂，共同分析纠错到位．

(2)科学探究，构建力臂

1)猜想：动力的大小与哪些因素有关．如何科学构建“力臂”，笔者是在“活动11.1拔图钉”的基础上，利用杠杆支架，在阻力的大小、方向、作用点都一定的情况下，给杠杆施加一动力，使杠杆在如图2中的位置保持静止.试问动力的大小会与哪些因素有关？学生凭借生活经验，自认为动力作用点距支点越远，动力会越小(力臂的常见误区).此时，教师不急于否认，而应提示学生从力的三要素方面去猜想，这时，学生自然会猜想出动力大小还可能与动力的方向有关．即在阻力的三要素一定的情况下，可能与动力的作用点、动力的方向两个因素有关．

图2

2)探究：演示实验，观察动力大小的变化规律．在探究动力大小与动力作用点的关系时，力的作用点可分别取杠杆上的A,C,D三点，用弹簧测力计施力时都保持竖直上拉，从而学生得到,动力方向一定，动力的作用点距支点距离越远，动力就越小.接下来,探究动力大小与动力方向的关系．实验时自然就选D点施力，教师在D点施力时，在始终保持杠杆在图中位置静止的前提下，有意识按图中a，b，c虚线所示的三个不同方向依次旋转施力的角度．实验现象是，沿a方向动力Fa>F2(与学生原有的认识相冲突)；当动力方向逐渐转至b方向时，动力逐渐变小直至最小；过b后，由b向c转时，动力又逐渐变大.学生总结得出,动力作用点一定，动力大小还与动力的方向有关.

3)作力臂，分析对比、解密力臂.在上述实验所观察到的现象基础上,首先，让学生依据课前自学力臂的定义，在导学案上分别作出D点处沿三个不同方向上的动力臂和阻力臂，并逐一比较动力臂与阻力臂的大小.然后，进行课件展示,利用几何画板制作的课件，显示出在动力方向由a向b，再由b向c的过程中，动态生成的动力臂变化规律，更为形象、直观．

通过上述探究、观察和分析，学生自然就明白了其中所隐含的道理，解开了力臂的密码，科学构建了“力臂”．在构建“力臂”的同时，学生初步定性得出这样的结论即动力的大小与动力臂、阻力、阻力臂的大小有关，动力臂大于阻力臂时，则省力；动力臂小于阻力臂时，则费力.

4)总结归纳．在上述科学探究的基础上，让学生发现和总结出在阻力、阻力臂、动力作用点都一定的情况下，确定最省力的动力方向的步骤.第一步，作出支点与动力作用点的连线；第二步，过动力作用点作该连线的垂线，且方向按“同侧异，异侧同”确认．若动力作用点没有明确，欲最省力，需先找出杠杆上的哪一点距支点O最远，确定为动力作用，余下的作法同上．

2.1.3 当堂训练，强化力臂的作法(略)

需要说明的是，若因学生基础差，本节课上为减轻学生的学习负担，可将最大力臂的作法放在习题课上进行．另外，训练题中要有一道动力的作用线恰好通过支点的题目，若学生做错后，使其共同纠错，得出力臂L1=0，并通过推拉教室的门，感知无转动效果而得以到位，这样的纠错印象会更深刻．

2.2 杠杆的平衡条件

主要教学任务是实验探究杠杆的平衡条件，培养学生的创新能力和实验技能.对杠杆进行分类并了解其特点及应用，体现由物理走向社会的新课程理念．其中探究杠杆的平衡条件是本节课的教学重点，如何创设好时机，让学生真正以科学家的身份进行科学探究，体现智慧课堂．笔者做了如下精心设计.

2.2.1 课前自主学习

(1)根据二力平衡和对力臂的科学探究情况，完成下列填空：

1)在动力、阻力的作用下平衡时，杠杆应处于______或______状态；

2)杠杆平衡时，动力的大小与哪些因素有关？______.

(2)在探究杠杆的平衡条件时，下面图3中5幅实验装置图均处于静止状态．你认为实验时所选用的器材及调节到平衡状态时，应选______装置测量更为方便而又科学合理．请你在课堂上大胆地阐述理由．

图3 探究杠杆平衡条件时的实验装置

第(1)题能起到温故知新、自然过渡的作用；第(2)题能体现出学生严谨的科学态度和正确处理实际问题的能力．笔者放在课前是想让学生有充足的时间独立思考，同时,也为学生课堂探究活动赢得了一定的时间．答案的正确选择也是学生敢于向权威的挑战．

2.2.2 课堂学习

(1)讨论设计实验方案.在确认杠杆的平衡状态后，先在小组内交流各自对“课前自主学习”中第(2)题的5种装置利弊的认识后，再集中讨论确定出实验探究可选用的操作方案图3(b)和图3(e)．

需要说明的是，教科书所采用的就是图3(a)装置．笔者以为图3(a)动力F1竖直下拉，弹簧测力计有自重，又不便调零，直接读出示数，显然得不出杠杆的平衡条件．若是再取一支已调“0”的测力计，按照教师教学用书上的校正方法，即便能够测出，但处理数据的方法会令学生感到在云里雾里，难以理解．通过集体交流，学生会达成以下共识即图3(c)、(d)杠杆倾斜静止，不便于直接测力臂，可选的操作方案图3(b)、(e)既科学又方便，显而易见．这也是将设计实验方案的主动权交给了学生．

(2)创设情境，顺其自然地得出“两个调平”的作用．当选定好实验方案后，面对桌上所提供的杠杆支架、钩码、弹簧测力计，学生如何操作.教师只需提出下面的问题让学生验证即在没有调平的杠杆支架上，直接加挂钩码、施加动力，当杠杆水平静止时，杠杆的自身重力有转动效果吗？学生需要将未调水平的杠杆支架直接转到水平，就会发现松手以后不能保持水平状态，有转动效果．这一现象既说明了实验前将杠杆支架调至水平的必要，又体现出这样调节的目的是让杠杆处于水平静止时，重力作用线通过支点，不产生转动效果.每次实验都要让杠杆保持水平状态，目的既是便于直接从杠杆上读出力臂，又让杠杆自身的重力作用线过支点，不产生转动效果(一般中考题的答案只有前者，显然不够科学)．当然，如果学生实验时所用的杠杆转轴恰好在正中央，调平后，杠杆重心就恰好在支点上，即便实验时杠杆倾斜，也不会有转动效果，因而不必作答后者．采用这样的设问和验证，使得规范操作自然而又必要，学生就能知其所以然了．

(3)体现控制变量在探究杠杆平衡条件中的运用．教科书上在设计该探究实验时，不是让学生任做三组实验分析得出结论，而是有意识地训练学生采用控制变量进行研究，这一做法很有必要．但笔者以为动力的大小与三个因素有关，分三种情形探究时，至少要设计四组记录数据的表格．显然，教科书上少了一组．笔者让学生追加了一组，并提醒学生严格按照教科书中第3页上“做一做”的三种情况进行实验，保证相邻两组数据依次对应一种情形的探究.这样的实验探究过程，能让编者的意图真正落到实处．

(4)数据分析归纳，关注生成教学．学生实验时，教师要加强个别指导.四组实验数据测出后，要利用大屏展示相关数据，既要让学生检查是否严格按照控制变量逐一探究的，又要用心找出“动力+动力臂=阻力+阻力臂”的特例加以呈现，让学生进一步感知本实验测多组数据的目的就是便于发现和总结出普遍规律．让这一结论自然生成．

(5)从物理走向社会．阿基米德：“只要给我一个支点，我就可以撬动地球.”感受到物理知识的神奇，同时，让学生运用杠杆平衡条件对教科书图11-6上的杠杆和生活中的剪刀进行分类，并有意突出使用省力杠杆时省力就必费距离，为日后探究机械功打下伏笔.还要进一步挖掘，用同一剪刀的不同部位剪物体时，动力的大小也会变化，体现其灵活性．

3 教后感悟

“科学探究”是时代的召唤，是培养创新人才的需要．欲使“科学探究”变为教师的自觉行动，就得在认真钻研教材，准确定位好“三维目标”的前提下，吃透学情，分解“三维目标”，借助“教学案”这一文本材料，将课前自主学习、课后巩固提升的用时总量通盘考虑好，切实减轻学生的课业负担,将新课教学的内容与课前自主学习的知识有机地整合好，让一部分便于自学，且又不影响探究的内容向课前延伸，将科学探究流程精心设计好，确保真探究，着力打造高效课堂．

各位同仁，在教学中要更新理念，勇于实践．多创新，少照搬，争做研究型教师．与学生同创智慧型课堂，共享成功喜悦．