《撬杠的学问》教学片段与评析

《撬杠的学问》是五年级“简单机械”单元的第二课，属于技术与工程领域的内容。学生在中年级认识使用工具可以更加精确、便利和快捷之后，进一步认识杠杆、滑轮等常见的简单机械。本课通过观察、实验、阅读、案例分析等活动，引导学生先认识杠杆、轮轴、滑轮等杠杆类简单机械的作用与原理，再认识简单机械的组合——自行车的结构和作用，使他们意识到人们的生活离不开各种工具，工具是一种物化的技术，是人的力量的一种拓展。

学生在二年级学习了“常见的工具”单元，初步体验了使用工具，在三年级学习了托盘天平，在本单元前一课中认识了生活中常见的简单机械，这些都是他们建构模型的基础。学生虽然在生活中有过玩跷跷板、起瓶盖、用托盘天平称量物体等使用杠杆的经验，但缺乏对杠杆有目的地观察和研究，不清楚杠杆的含义、构成、类型及作用。本课重点引领学生认识杠杆及其作用，由浅入深地从认识、研究到应用，层层递进，进一步体验使用简单机械可以省力或提高工作效率。

片段一：探究发现，形成认知

师：同学们观察比较这两张图片（如图1），除了撬杠之外，还增加了什么？

生：增加了小石头。

师：这块石头有什么作用？

生：有支撑的作用。

师：对，它起支撑作用，有了这块石头，就等于有了一个支点，这根撬杠就不是一根普通的棍子了，变成一个简单机械——杠杆。那什么是杠杆呢？杠杆的构成要素有哪些呢？同学们可以先画出物品工作的结构图，再对比找出它们结构的共同点。

（学生根据教师提供的生活中的杠杆实物图片，画出它们的结构图，如图2。）

生：都有用力的点，也有阻碍用力的点。

生：有一根硬棍，有一个围绕旋转的固定点。

师：像撬杠这样，在力的作用下围绕固定点转动的硬棒叫作杠杆。在杠杆上起支撑作用的固定点叫作支点，使杠杆转动的用力点叫作动力点，阻碍杠杆转动的施力点叫作阻力点。我们身边有很多杠杆，来分析一下它们的支点、动力点和阻力点吧。

点评：该环节是为了帮助学生从原型迁移到模型，初步实现杠杆模型的抽象过程。画图在模型建构中是非常有效的方法，相对于语言的描述，画图的过程可以给学生更多的思考空间，包含观察、分析、综合、表达、内化等诸多环节，是一个动手并动脑的过程。学生在画图的过程中，对杠杆模型中的各要素逐渐清晰，为概念的建构奠定基础。

片段二：实验观察，探究原理

1.掌握方法，实验观察

师：我们知道使用撬杠可以轻松地撬动大石头或罐头盖子，说明使用杠杆可以省力，但是杠杆一定会省力吗？怎样才能省力？让我们通过实验进一步探究吧！请大家阅读实验方法（如图3）。杠杆尺使用前需调节平衡，应该怎样调节？

生：如果左端高，将左端螺母向外调节或者将右端螺母向内调节。如果右端高，反之调节就行。

师：怎样判断杠杆省力呢？

生：将一端挂上一定重量的砝码，相当于阻力点，调整杠杆尺另一端砝码的位置和重量，使杠杆尺达到平衡，通过观察杠杆两端砝码的重量，就可以知道是否省力了。

（学生开始实验。）

2.分析数据，得出结论

师：请同学们根据数据比较，在什么情况下，杠杆省力？在什么情况下，杠杆费力？在什么情况下，杠杆既不省力也不费力？

生：我们组把左边第2格设为阻力点，挂上了2个钩码。然后找到了3种挂法使杠杆尺平衡了，在右边第1格、第2格、第4格分别挂上4个、2个和1个钩码，这是我们画的示意图（如图4）。

师：这组同学很聪明，他们先确定了阻力点并保持不变，找到了3种使杠杆平衡的挂法，其他组有不同的实验结果吗？

生：我们组与他们不同。我们组把左边第1格设为阻力点，挂上了4个钩码。然后找到了3种挂法使杠杆尺平衡了，在右边第1格、第2格、第4格分别挂上4个、2个和1个钩码。

生：我们组与他们不同。我们组把左边第3格设为阻力点，挂上了2个钩码。然后找到了3种挂法使杠杆尺平衡了，在右边第1格、第2格、第3格分别挂上6个、3个和2个钩码。

师：同学们都能找到使杠杆尺平衡的挂法，都一样省力吗？大家注意观察支点、阻力点和动力点三者的距离关系，在何种情况下最省力？大家可以借助画图示的方法来观察。

生：我们组发现，动力点到支点的距离为1格时，钩码为6个；动力点到支点的距离为2格时，钩码为3个；动力点到支点的距离为3格时，钩码为2个。好像动力点到支点的距离越远，越省力。动力点到支点的距离为3格，阻力点到支点的距离也为3格时，钩码数都为2个，也就是说，动力点到支点的距离等于阻力点到支点的距离时，为既不费力也不省力杠杆。

生：我们组确定了左边的阻力点和钩码数后，右边的动力点到支点的距离等于阻力点到支点的距离，既不省力也不费力；动力点到支点的距离为2格时，钩码数为2个，是省力杠杆；动力点到支点的距离为4格时，钩码数为1个，是省力杠杆。

生：我们组认为，阻力点到支点的距离小于动力点到支点的距离时，为省力杠杆；阻力点到支点的距离等于动力点到支点的距离时，杠杆不省力也不费力；阻力点到支点的距离大于动力点到支点的距离时，为费力杠杆。

师：同学们，你们觉得这三个小组的汇报怎么样？还有新的发现吗？

生：我认为，他们都根据图示进行了分析，将三种情况在纸上呈现出来，便于对比分析，很快发现了杠杆的三种类型。我还发现：阻力点到支点的距离×钩码数=动力点到支点的距离×钩码数。

师：大家的思维很敏捷，通过图示，我们更清楚地看到了杠杆的三种类型，为你们点赞！你们能运用所学知识解释撬杠为什么能撬起大石头吗？

生：撬杠是个省力杠杆，阻力点到支点的距离远远小于动力点到支点的距离，所以能轻松撬起大石头。

点评：在建构实验模型的过程中，学生通过讨论，观察杠杆两端砝码的重量，可以知道杠杆是否省力。教师引导学生将实验仪器与杠杆模型相联系，完成了实验中杠杆模型到生活中杠杆原型的迁移。

在这个过程中，教师指导学生利用分析、比较、归纳的方法分析实验现象与数据之间的关系，目的是培养他们的逻辑思维能力；引导学生利用图示表示自己讨论的结果，目的是培养他们模型建构的科学思维能力；引导学生进行小组互评，目的是培养他们思辨、论证等科学思维能力。

片段三：实践应用，拓展延伸

师：生活中，人们经常需要测量物体的质量。天平是广泛使用的较为精确的称量工具，是运用杠杆原理制成的。下面我们利用所学知识，设计制作一个简易天平。

（出示简易天平图片，让学生观察其构造，知道简易天平由底座、立柱、横梁、托盘等组成，为后面模型设计提供基础。）

师：根据简易天平模型的结构，你们打算各部分用什么材料？做成什么样呢？

生：我们初步设想，底座、立柱、横梁使用木头制作，因为木头的支撑力强，而托盘使用两个完全相同的小的塑料袋来替代，这些材料在生活中方便找到。

生：我们初步设想与他们不一样，底座、立柱使用塑料，横梁使用金属，托盘使用两个完全相同的小塑料瓶盖来替代，这些材料在生活中也方便找到。

师：我以概念图的形式将不同的材料和形状等进行了梳理，如底座的材料可选用木头、塑料，形状有圆形、长方形；横梁的材料可选用木头、金属，形状有直线形、弓形；等等。大家看看有多少种组合？

生：我们组运用数学中学过的排列组合法，计算出了36种组合方法，利用这个概念图，我们能很快设计出多种组合方案。

师：大家都考虑了材料的选择，如何使它既结构合理，又造型优美呢？

生：我们小组的材料与大家差不多，但是我们想改变一下秤的底座、立柱、横梁以及托盘的形状，使作品更美观，独具特色。

生：我们组将底座设计成圆形，横梁设计成弓形，托盘设计成圆形，整体上是“欧式”风格，我们组一致认为这样比较美观。

师：请同学们选择几个科学、独特、便于制作的模型，用示意图呈现出来。制作时，可以用什么方法连接这些材料呢？

生：用胶枪黏合。

生：用木螺丝固定。

（学生动手制作，展示交流和评价。）

点评：本环节体现科学与技术、工程、数学、艺术的联系，通过设计制作天平活动，学生体验了综合性学习，提升了综合运用知识、解决实际问题的能力。学生在制作简易天平的过程中，通过发散、组合、想象、呈现等环节，提升发散思维、重组思维、形象思维、模型建构等思维能力，通过交流评价提升了批判思维能力。

（作者单位：李前莉，河北省晋州市朝阳小学；岳从领，河北省晋州市教研室）