谈初中物理《探究二力平衡的条件》实验教学反思

梅增高

【摘要】物理教师应学会利用教材中的材料提出预设问题，而不是生硬照搬教材，不加以加工、处理，应从预设的情境中提出问题，解决问题，改进创新，以获得体验.就“探究二力平衡的条件”实验中为例，教者可以预设多个学生可能出现的多个实验方案，对方案进行不断改进、修正，最终达到培养学生的各项能力（包括动手操作能力、思维能力、改进创新能力等），并且让学生了解教材中方案设计的隐藏意图，实验探究中所涉及控制变量建立模型的思想方法等.

【关键词】实验教学;情境创设；自制教具

本实验教学活动前导：预设安排4个场景，这4个场景分别是静止（花瓶和叠石平衡）和匀速直线运动（匀速行驶列车和匀速起吊货物）两种状态，从而引出并建立平衡态以及平衡力概念，是学生在对日常生活现象进行观察的基础上，通过分析找出它们的共性，建立二力平衡概念^[1].从平衡力出发，不能找出判断平衡力的方法与途径-由物体的状态去判断是否受平衡力？即处于平衡状态（静止或匀速直线运动）的物体.则所受的力一定为平衡力（包括简单二力平衡、三个力平衡、四个力平衡等多个力平衡）.当然在四个场景的受力分析中，除了涉及重力以外，还涉及支持力或牵引力和阻力等^[2].

当然这个仅仅是引入，不是本节课的重点、难点，重点、难点是如何进行“探究二力平衡的条件”的实验教学，以及在实验教学中如何运用“控制变量”？实验方案等.

1 实验方案的设计蕴藏学生各种能力的培养

由学生讨论，两个力在在怎样的条件下才能平衡？就该课题引发多个猜想与假设，提出决定二力平衡的条件有多个，因此就其中一个条件变化是否影响二力平衡，采用控制变量法思想.让学生明确研究方法.而教材中直接呈现给学生器材与方案：系于卡片两个对角的线分别跨过支架的滑轮.而其中卡片的重力远小于钩码对卡片的拉力.此时卡片的重力可忽略不计，对于这部分材料如何处理，是否能直接告知学生？作为教者需要认真思考.当然答案是绝对不能直接机械地人云亦云，需要在此设计一个很有必要的问题：如何设计出“探究二力平衡的条件”的更佳实验方案，进行探讨^[3].

学生在探讨实验方案的过程中，会出现多种方案，对于这些方案，对于教者不急于做出正误的判断，而是将诸多方案留给学生进行评估、评价.可能出现如下几种实验装置方案，如甲、乙、丙、丁图.

实验装置方案设计是图1如何逐步演变为教材中的实验方案？带着该问题，让学生分小组展开讨论，这不仅能调动学生的学习兴趣，也能提升学生的多种能力，包括动手能力、思维能力、创新精神等.

甲方案：可行性角度思考，存在的缺陷：（1）演示两个力方向相反，不在同一条直线上，验证试验较为困难；（2）木块与桌面之间的摩擦力给实验结果带来极大的影响，摩擦力不可忽视，在水平方向可能存在3个力平衡（其中在竖直方向受重力与支持力为二力平衡），这与课题探究二力平衡的条件不符.

乙方案：在甲方案基礎上稍作改进，变为乙方案，为减小水平方向木块所受摩擦力，进行适当改进.利用学生已学摩擦力的知识，不难想到在木块下面加车轮，变为滚动摩擦，减小摩擦力.但乙方案中摩擦力仍然存在，只要木块对桌面有压力，即摩擦力就可能存在，难以消除，对实验结果产生较大影响.

为彻底消除摩擦力f的存在，则必须消除木块对桌面的压力F，问题自然就演变到：如何彻底消除木块对桌面的压力F？此时学生不难想到：必须减小物体的重力G，可以达到减小压力的目的，以至于木块下表面腾空，不与桌面接触，压力F为O，从而彻底消除摩擦力的存在.

丙方案：在乙方案基础上再进行，在减小木块重力，以便减小木块对桌面的压力F，最终演变为达到彻底消除压力（压力F=ON），即木块下表面腾空，与桌面不接触，就是如图丙方案所示.此时木块的重力依然存在，当然木块重力与两边绳子的拉力相比，要小得多，但是木块的重力大小还是不能忽略不计.

丁方案：在丙方案的基础上再做进一步改进，让丙方案中的木块重力进一步减小，便想到用质量较轻的硬卡片来替代原先的木块，丙方案便演变如图1中，其中硬卡片的重力远远小于两侧绳子的拉力，可忽略不计，认为硬卡片只受到两个力的作用，符合“探究二力平衡的条件”课题的需要^[4].

感想：丁方案正是教材中所呈现的直接方案，教师需要通过对实验方案不断改进创新，让学生在探讨中不断修正，评估，最终得出满意的方案过程.必须要让学生亲身经历、体验，使学生明白教材为什么这样安排实验方案与器材，提升学生的各项能力，促成核心素养的形成.然而其中为什么小卡片的重力远远小于两侧的拉力，以至于忽略不计，可作为：“探究二力平衡的条件”课题研究的方案设计，设计也符合物理学中忽略次要因素，突出主要因素建立理想模型的思想.

2 实验的探究过程渗透“控制变量”的思维方式

控制变量的思维方式：必须控制其他影响因素不变，只改变研究的某个因素，被考察的物理量如何变化？“探究二力平衡的条件”实验教学中，学生猜想出：（1）两个力大小相等；（2）方向相反；（3）作用在同一条直线上；（4）作用在同一个物体上.这4个条件可能都会影响物体的平衡.这么多因素同时影响物体的平衡状态，应采用什么方法研究呢？又具体如何操作探究？如图2：甲、乙、丙、丁学生分小组完成探究任务：

学生分小组完成探究任务

甲图：探究“两个力的大小是否相同”，必须控制其他影响因素相同.也就是只改变两个力大小相同与不同，而其他影响因素不变，硬卡片是否能够平衡？

乙图：探究“两个力的方向相反与相同”，必须控制其他影响因素相同.也就是只改变两个力方向相同或相反，而其他影响因素不变，硬卡片是否能够平衡？

丙图：将硬卡片旋转，图乙让硬卡片两侧绳子的拉力方向不在同一条直线上.探究“两个力的作用不在同一条直线上”，必须控制其他影响因素相同.也就是只改变两个力的作用是否同一条直线，而其他影响因素不变，硬卡片是否能够平衡？

丁图：用剪刀将硬卡片从中间线处剪开，让硬卡片分为两个不同的物体.当两侧绳子的拉力作用在两个不同的物体上时，观察硬卡片是否能平衡？探究“两个力的作用不在同一个物体上”，必须控制其他影响因素不变.也就是只改变两个力的作用不在同一个物体上，而其他影响因素不变，硬卡片是否能够平衡？

3 实验教学中善于不断俘获现场情境问题，加以拓展思维

在学生探究中，发现有些小组装置支架如图3所示.支架上的两个定滑轮不在同一高度，对实验结果是否产生影响？该问题是俘获现场的实验情境问题，可以让学生操作后进行讨论.

作为物理教师，要让学生在活动中得到体会、能力得到提升，在“做中学”，学会解决问题，掌握知识，各种能力的提升都可渗透于实验教学的活动.当然，物理教师善于创设现场的真实情境，善于就实验操作中的问题激发学生的兴趣、求知欲，从而提出解决问题的策略和途径，利用问题情境，培养和提升学生的各种能力^[5].

当然，教材中像“探究二力平衡的条件”这样的探究课题很多，利用这些课题让学生提出更多的假设和预想，从中提出问题、分析问题、解决问题，渗透科学方法与思想，培养学生的各种能力，内驱学生核心素养的形成.所以探究实验活动是驱使学生核心素养形成最有效的方式与途径.物理教师不仅需要高尚的师德修养、刻苦敬业的精神，更需要教学在实践中有随机应变，善于创设情境.

4 “自制教具”更适合学生课外实践活动开展，为实验教学作有益补充

初中物理实验教学中，無论学生还是教师都喜欢用身边的物品或生活中易找的废弃物来自制教具，说明某个物理规律.在课外实践中，要让学生容易找到自制教具的原始器材，就地取材，通过预先设想与构思，初步解决教具基本雏形搭建.后期还需要在基本雏形的教具基础上，通过实践试验，不断改进、优化、创新，将学生教具逐步完善.在自制教具过程中，经历“师生互动”“生生互动”“组组互动”的交流评价，其实质目的就是：不断提出问题-分析问题-解决问题，内驱学生核心素养的形成与提升.

自制教具的原材料不仅容易获得，而且课外具有较为宽广的自由活动时间和发挥空间.以自制教具活动为平台，相互交流、切磋，即自制教具更适合学生课外实践的开展.

以上为笔者对“探究二力平衡条件”实验教学后的基本认识与反思，可能存在肤浅与不足，敬请指导与修正.

参考文献：

［1］刘炳昇、李容.苏科版物理八年级下册教师教学用书[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社.2013：66

［2］于雯.二力平衡考点突破[J].初中生学习指导，2023，（08）：54-55.

［3］刘永树，李家银.自制二力平衡演示器[J].发明与创新（初中生），2023，（02）：34-37.

［4］欧燕秋.寓核心素养于物理教学的实践应用——以“二力平衡”教学为例[J].中学课程资源，2022，18（07）：33-35.

［5］吕晓雨.以“问”设境，探究“二力平衡”[J].教书育人，2020，（14）：71.