创设情境体验 自主建构知识——以《杠杆》教学为例实录与分析

岳敏瑜

(江苏省苏州工业园区星海实验中学 215000)

物理教学中，不断创设新情景，不仅能大大加深学生的体验感，也有效激发学生的学习兴趣，有利于提高学生学习热情.教师引导学生通过自身体验，逐渐引起认知冲突，培养学生的物理思维.

1 背景介绍

新课程改革中提出：教师需要培养学生自主学习能力和探究能力，将课堂的主体地位归还给学生，努力培养学生的核心素养能力.在教学中，我们需要创设不同的情景，提高学生的学习兴趣，从而提高学生自主学习的效率.

苏科版九上第11章第一节《杠杆》的教学内容包含了：认识杠杆及杠杆五要素和杠杆的平衡条件及其应. “力臂”概念该如何引入？杠杆的平衡条件如何引导学生进行科学探究？这些都是本节内容的教学重难点.课堂教学中，教师通过巧设情境，设疑激趣，引起认知冲突，让学生从知识萌芽状态开始慢慢地生长发芽.探究活动由初步体验后再进一步深入探究，巧妙铺设台阶，一步一步接近本质.努力营造师生互动、平等交流的氛围，在一个个情景铺设中，促进学生积极体验，从认识杠杆到杠杆平衡的探究，自主建构知识，最终顺利突破难点.

2 教学过程实录

片段一：认识杠杆

师：通过图1的体验活动，请大家来找一找，这些工具在使用时有哪些共同点？

图1

生：都绕着一个固定点转动，受到一个促使转动的力和一个阻碍转动的力.

师：工具本身有些什么特点呢？

生：有直的有弯的，都是硬的.

师：物理学中，把在力的作用下绕着固定点转动的硬棒称为杠杆.

片段二：感知杠杆平衡状态

按如图2的体验活动将一钩码固定在杠杆上，然后将一根橡皮筋套在杠杆上，通过拉橡皮筋的方式，使杠杆达到静止或匀速转动.

图2 图3

师：通过以上体验物理上把静止或匀速转动称为杠杆平衡状态.

片段三：力臂概念的构建

师：通过图3的体验活动，大家发现“施力点到支点的距离”和“力的方向”会影响杠杆平衡，老师今天带来一个自制的圆盘，我们来借助它再次深入探究一下到底是什么因素在影响平衡.

师出示自制教具，将重物A固定在杠杆一端作为阻力，并保持阻力、阻力作用点位置不变，将重物B挂在支点另一侧，移动重物B使杠杆平衡，描下此时拉力作用线的痕迹，如图4所示.

图4

师：我们用同样的重物B，尝试改变悬挂点，也就是改变“支点到力作用点的距离”，是否能找到让杠杆继续保持平衡的悬挂点呢？

生：(疑惑，质疑……)

师演示：改变重物B的悬挂点，使杠杆再次达到平衡.

师：同样的力，改变了施力点，也就是改变了力作用点到支点的距离，但依然可以使杠杆平衡，可见影响杠杆平衡的那个“距离”不是支点到力作用点的距离.

师：看来，这“点到线的距离”对杠杆平衡有着重要意义.我们再尝试改变这个距离，看杠杆是否能平衡.

(师演示将重物B挂在虚用线以外的地方，杠杆不能保持平衡.)

师：请同学再讨论：图3中力④和③，相同的作用点，方向变了，拉力大小也会变，可能是什么原因？

生：斜着拉的时候“支点到力作用线的距离”变了.

师：看来“支点到力作用线的距离”确实影响着杠杆的平衡.这个重要的“距离”在物理上我们称作为“力臂”.

设计意图：“力臂”概念的教学设计，是本节课的一个亮点.“力臂”是本节内容的的重难点，为了帮助学生有效建构“力臂”这一抽象概念，引导学生在体验活动中初步感知力作用点不同，改变了支点到力作用点的距离，似乎这个“距离”影响着杠杆的平衡；为了进一步深入探究，教学中借助高中物理“力矩盘”的知识，巧妙改造，自己制作了毛坯“力矩盘”，用相同的钩码拉力矩盘，改变不同的施力点寻找相同的平衡，最后描出不同的力作用线的痕迹，发现这些虽然作用点不在同一点，但力作用线在同一直线，从而让学生认识到，影响杠杆平衡的重要“距离”并不是支点到力作用点的距离，而是支点到力作用线的距离，从而认识“力臂”概念.此过程将这个抽象的概念，让学生在一个个情境中不断生疑、思考、体验中，最终达到顺利构建.

对学生而言，一个新的概念是陌生的，需要给他们搭建一个个的阶梯，从表象的感知，到猜想，到最后实验体验，通过实践一步步深入到本质，相比“告知型”的教学，学生只是机械的“知道”，这样体验式的教学对概念的理解一定能让学生印象更加深刻.”

片段四：实验探究

(学生猜想影响杠杆平衡的因素：动力、阻力，动力臂，阻力臂)

(师演示如图5所示的质量均匀的杠杆，放手后杠杆掉下)

图5 图6

师：老师手中的这根杠杆，放手后为什么不能保持平衡？

生：受杠杆自重的影响

师：如何尽量减小杠杆自重对平衡的影响？

生：调节杠杆使它在水平位置平衡.

师：实验中我们用的杠杆，跟天平类似，两端有平衡螺母，我们可以通过调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡，如图6所示.

师：实验中如何测量动力和阻力？

生：用钩码或者弹簧测力计来施力

师：如图7所示，两个杠杆静止在如图位置，是否达到平衡？为什么？

图7

生：平衡，因为都处于静止状态.

师：实验时，哪种位置更便于我们测力臂？

生：水平位置

实验探究，设计实验表格(如图8所示)，归纳结论.

图8

得出杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2

设计意图：引导学生从现象到猜想，再回归到实验设计，最终通过实验探究得出实验结论.

片段五：视频素材情境再体验

例题：视频中的鼎重2500N，挂在杠杆A点，如图9所示，人在B点用竖直向下的力拉，已知OA=3m，OB=9m，不计杠杆自重，人要用多大的力才能使杠杆保持平衡？

图9

师：请同学利用今天所学知识，思考：一个质量为80千克的人能成功将鼎拉起来吗？如果不能，你有什么办法可以改进

设计意图：利用所学新知识，解决实际问题，揭秘视频中“四两拨千斤”的奥秘，首尾呼应.

【教学反思】本节课通过大量的亲身体验让学生先了解身边简单机械的工作方式，逐渐总结出其中的共同特点，从而经过老师的整合，得到杠杆的基本结构和定义.

“力臂”概念的引入和构建是本节课的重难点.“力臂”比较抽象，学生看不见也摸不着，但是学生能从实验初探中很直观的看到施力点不同，对杠杆平衡有影响；进而继续实验，相同大小的力改变不同施力点，同样实现相同的平衡，由此再认识到真正影响杠杆平衡的“距离”是支点到力作用线的垂直距离—力臂.学生通过多次实验，从而找出“力臂”，将很抽象的概念比较直观的找出来，印象深刻，也能比较清晰地区分“支点到力作用点”这个错误概念.

最后通过实验探究，找寻杠杆平衡条件.在理解杠杆平衡条件的基础上，进而能用来解决简单的实际问题.