力臂引入

《杠杆》教学中力臂概念的引入 慈溪市上林中学教育集团 虞新迪 叶波 315300 【摘要】本文介绍了自制教具用于力臂教学。课堂上，自制教具使学生直观、科学的理解力臂的定义，较好地解决了教学过程中力臂这一教学难点，有利于学生科学思维的形成。 【关键词】杠杆 力的三要素 力臂 初中科学教学中“力臂”概念，历来都被科学教师看作是一个难点，甚至在高中物理教学中也存在着一定困惑。教材中，杠杠的五要素中有关力臂的概念是直接给出的，对于学生来说，这个概念的给出有些突兀，从而造成理解上的困难。它具体现是，在有关杠杆习的练习中，错误较多的地方往往集中在力臂上，从而引起我的思考。在科学教学中，每个概念的建立应该建立在前概念的基础上，或者要有认知冲突，让学生意识到引入这个概念的必要性。力臂概念的引入在教学中怎样处理会更好些呢？本人利用自制教具——“同心圆盘”（如图1所示）并配合下文的教学过程，在平时的教学中进行了一定 的实践，取得了很好的教学效果。 自制教具介绍：在均匀的木质圆板上画上等距的同心圆，圆心处钻一小孔，挂在铁架台上，使其能在外力的作用下可以自由转动。圆盘对称处安装上平衡螺母，用于调节平衡，使实验更加精确。两平衡螺母之间的连线上以圆心为中心，向两边画上刻度，用于读数。（如图1） 以下教学过程是建立在介绍了杠杆的定义，杠杆的形状可以是多种多样的，以及杠杆五要素中支点、动力、阻力之后。充分利用自制教具进行实验并结合PPT多媒体手段呈现实验结果，使学生从图像上直观的得出力臂这一抽象的概念来。 教学过程 师：我们已经知道力作用在物体上产生的效果跟力的三要素有关：力的三要素相同，力的作用效果相同；反之，力的作用效果不同，则力的三要素至少有一个不同。那么力作用在杠杆上产生的效果能否用力的三要素来衡量呢？我们一起来做第一组实验。 第一组实验：如图2所示悬挂钩码。右侧钩码位置不变，左侧用相同钩码分别悬挂于A、B、C处，同时观察力的作用效果。 图2 指导学生填写实验表格如下：   力的大小 力的方向 作用点 力的作用效果 A 相同 相同 A 顺时针旋转 B 相同 相同 B 静止 C 相同 相同 C 逆时针旋转           生：由实验结果可以得到：力作用在杠杆上的效果跟力的作用点有关。 师：很好，那么我们一起来做第二组实验。 第二组实验：如图3所示悬挂钩码。右侧钩码位置不变，左侧用相同钩码分别悬挂于E、B、F处，同时观察力的作用效果。 图3 指导学生填写实验表格如下：   力的大小 力的方向 作用点 力的作用效果 E 相同 相同 E 静止 B 相同 相同 B 静止 F 相同 相同 F 静止           生：由实验结果可以得到：力作用在杠杆上的效果跟力的作用点无关。 “力臂”作为科学概念，从皮亚杰的认知结构来看，学生的学习有同化和顺应两种方式。同化是把新学习的概念和规律整合到原有的认知结构中，使认知结构得到丰富和扩展，但总的模式不发生根本的变化。顺应则是新学习的概念或规律，在原有的认知结构中不能够同化的，只有改造或重建原有的认知结构后才能接受和容纳。而“力臂”概念正是这种顺应的认知方式。 师：请同学们比较第一组实验和第二组实验的实验结果，谈谈你们的想法。 生1：两个结果相互矛盾的，为什么呢？ 生2：力作用在杠杆上产生的效果就不能用力的三要素来衡量了！ 生3：是什么因素影响了力的作用效果？ 师：先请你结合刚才两组实验的合成图（如图示4）回答以下问题。 1.第一组实验效果的不同，是            因素的不同造成的。 2.第二组实验效果的相同，是            因素的相同造成的。 0 0 师再提示：显然，以上两个问题的答案应该是一致的，请仔细看图。 生：支点到力的作用线的垂直距离。（学生不一定能很好地表述出“垂直距离”， “力的作用线”等科学术语，但只要描述中有这个意思就已经达到教学目的了。） 师：在杠杆的研究中，支点到力的作用线的垂直距离叫力臂。力作用在杠杆上产生的效果跟力臂的大小有很大的关系。由上面的研究，我们发现力的大小相同，方向相同，即使作用点不同，只要力臂相同，杠杆的运动效果是相同的。动力对应的力臂为动力臂，阻力对应的力臂为阻力臂。 检验与拓展 教师检验学生学习的常用方法就是实践，让学生通过实践检验自己的学习。在检验中，检查自己是否能将理论的研究应用到实际的解决问题的能力上。教师也可以在学生的解题过程察学生的学习情况，进一步在实践中培养学生的学习能力。 思考：为何平衡了的杠杆移动一定角度以后还是平衡的？是否实验装置出现问题了？（如图5） 体会 “力臂”作为教材内容的呈现，目前从多种版本的义务教育课程标准实验教科书来看，为了方便地从有刻度的杠杆上直接读取力臂大小，都是将杠杆调至水平位置后，杠杆左右添加钩码，使杠杆达到平衡状态，这样测出几组数据，从而探究得到杆杠平衡的条件。这种特殊情况下的教学，使学生获得清晰的力臂表象，在学生的头脑中形成了支点到力的作用点的距离就是力臂的定势思维。而本课堂教学中采用自制的教具，形象、直观地让学生自己找到力臂。学生的学习是自主的，力臂的概念是清晰的。这个自制的教具可以用弹簧测力计拉动任意角度进行研究。相比于传统的悬挂，弥补了课本中杠杆实验单一的特殊状态，能最大限度地提供变式的实验情境。  参考文献： 1. 闫迎利　梁建均.直接测量任意方向的力臂.物理实验.2003年第八期 2. 《科学（7~9年级）课程标准解读》 湖北教育出版社2002年5月 3. 此教具已在慈溪市“初中科学解决实验疑难问题”中获奖