初中物理力臂內(nèi)容探析范文
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摘要：分析各種版本教材如何給出力臂這一概念，進而探討力臂概念的教學(xué)現(xiàn)狀，同時分析當(dāng)前在這一概念的教學(xué)上存在的主要問題，并嘗試提出突破力臂教學(xué)難點的有效方法。
關(guān)鍵詞：力臂：內(nèi)容分析；概念教學(xué)
力臂是初中物理知識的－？大重點與難點，如何有效地進行力臂概念的教學(xué)，達到理想的教學(xué)效果，始終是教育工作者不懈的追求。查閱相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，大量學(xué)者對杠桿的教學(xué)儀器進行了許多的探宄，設(shè)計了很多更直觀的實驗教具，還有許多學(xué)者對如何順理成章的引入杠桿進行了大量探索也取得了不俗的成果。然而，筆者分析比較各版本教材，發(fā)現(xiàn)有關(guān)杠桿的內(nèi)容和編寫方式也存在一些差異，比較突出的內(nèi)容是力臂概念的呈現(xiàn)方式，因此，著重分析各版本教材是如何呈現(xiàn)這一概念以及其對教學(xué)的影響，既有現(xiàn)實意義又能為廣大初中物理教師提供些許可參考的資源。
一、各版本教材力臂概念呈現(xiàn)情況
對初中物理七個不同版本的教材關(guān)于杠桿力臂概念內(nèi)容的截圖，見表1所示。從表1可以看出，七種版本教材中只有教科版與滬粵版在力臂概念前創(chuàng)設(shè)了學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生在進入學(xué)習(xí)內(nèi)容前就進入了學(xué)習(xí)情境，毫無疑問對于力臂概念的教學(xué)是十分有利的。然而，北師大版、上教版、蘇科版、滬科版與人教版這五種版本教材是直接“空降式”給出，這種呈現(xiàn)方式有點過于“著急”了，學(xué)生雖然己獲得了杠桿的概念，但是對于力臂的概念依然十分陌生，直接給出“支點到力作用線的距離”這一力臂概念，對初中生來說是難于理解和掌握的，缺少必要的鋪墊和引入，容易導(dǎo)致一系列的教與學(xué)的問題。然而，在各版本教學(xué)中，滬粵版教材在“力臂”引入上既煞費苦心也與眾不同，它先是設(shè)置了學(xué)生很熟悉的探宄蹺蹺板活動，既簡單有趣又容易被學(xué)生所接受；接著在認識杠桿后直接探究杠桿的平衡條件，真的是神來之筆。在探究中學(xué)習(xí)杠桿的五要素，學(xué)生既容易理解而且也能認識到杠桿的五要素在杠桿平衡條件中的重要作用，這樣的處理便于學(xué)生理解“力臂”的物理意義，其妙無宄，值得效仿和體驗＇
二、對教師的教的影響
首先，“空降式”的呈現(xiàn)方式，教師找不到對這一概念的教學(xué)借力點，容易導(dǎo)致照本宣科式的教學(xué)。其次，教材對力臂這一概念沒有更多可用的信息，沒有經(jīng)驗的教師會認為這一概念比較簡單，從而產(chǎn)生可以直接進行介紹的錯覺。并且沒有教材更加規(guī)范的引入途經(jīng)的指導(dǎo)，教師在講授的時候容易誤入歧途。例如有些教師就采用數(shù)學(xué)上的點到直線的距離即垂線段的概念進行類比地教學(xué)。還有，為了方便教學(xué)，有的教師會以特殊代替一般進行處理，即將杠桿調(diào)至水平這一特殊位置平衡，以方便在杠桿上直接讀取力臂的大小。最后，會迫使教師采用題海戰(zhàn)術(shù)，通過大量的作圖練習(xí)和習(xí)題的訓(xùn)練來達到教學(xué)目的。
三、對學(xué)生的學(xué)的影響
首先，由于缺少必要的感性認識的基礎(chǔ)，照本宣科式的教學(xué)容易導(dǎo)致學(xué)生對概念的理解出現(xiàn)障礙和困難。其次，教師對力臂概念的重視和準(zhǔn)備不夠、講解不透，會導(dǎo)致學(xué)生在概念的理解上出現(xiàn)偏差，甚至錯誤，進而產(chǎn)生挫敗感，失去學(xué)習(xí)興趣。借用數(shù)學(xué)上的點到直線的距離的知識來學(xué)習(xí)力臂概念雖然可以幫助學(xué)生對概念進行機械記憶，但對物理的學(xué)習(xí)是不利的，學(xué)生難于認識清楚力臂的物理意義，無法了解其對杠桿轉(zhuǎn)動的實際作用。教師在教學(xué)上采用特殊替代一般的做法會使學(xué)生產(chǎn)生力臂就是支點到力的作用點的長度的錯誤印象，產(chǎn)生力臂就在杠桿上、支點在杠桿中間、兩力臂分別位于杠桿兩側(cè)、杠桿的平衡指的就是在水平位置靜止不動等一系列的錯誤觀念。適當(dāng)?shù)木毩?xí)是必要的，但是機械重復(fù)的訓(xùn)練不利于學(xué)生的身心發(fā)展，“題海戰(zhàn)術(shù)”只是事倍功半的做法。學(xué)生難于處理較難的杠桿問題，例如變值問題、最值問題等等。
四、對教師的分析
教材的呈現(xiàn)是影響教學(xué)的一部分原因，教師自身的素養(yǎng)也是重要原因，也應(yīng)該仔細剖析。
1．對教材的處理不當(dāng)。雖然教材是教學(xué)的重要依據(jù)，但是教材畢竟只是教材，很難做到面面俱到，教師需要根據(jù)實際情況對教材進行加工和處理，當(dāng)然要足夠地重視教材上著墨較多的地方，因為這些地方往往是教學(xué)的重點所在。更要對教材的留白處多加留意，因為這些地方恰恰給教師提供了自由發(fā)揮的空間。教材是需要教師進一步開發(fā)和拓展的平臺，而不是限制教師創(chuàng)造能力的桎梏。對力臂概念，教師應(yīng)當(dāng)要在分析學(xué)情的基礎(chǔ)上作出其為教學(xué)難點的判斷，在教材留白處應(yīng)當(dāng)進行適當(dāng)?shù)奶钛a，而不是對問題視而不見。
2．對教與學(xué)的規(guī)律認識不清。教學(xué)自有其一套規(guī)律可循，概念的教學(xué)必須遵從教學(xué)的規(guī)律，必須符合學(xué)生對事物的認知心理。所以在講授力臂概念時，如果學(xué)生沒有足夠的心理準(zhǔn)備，對杠桿沒有足夠的感性認識作基礎(chǔ)，教師不加任何引入和鋪墊就直接告知力臂的概念對學(xué)生來說是難于接受的。
3．教學(xué)的手段和方法不夠。教學(xué)的方法和手段的匱乏也造成了教師們習(xí)慣性的照本宣科或是選擇題海戰(zhàn)術(shù)。物理學(xué)科稍特殊一些，課堂上總要做點實驗才像物理課，于是怎么省事就怎么做，做到最后學(xué)生以為杠桿就只有在水平方向靜止才算平衡，而杠桿的轉(zhuǎn)動帶來的力臂和力大小的變化對學(xué)生來說難以理解，教師除了用蒼白的語言和蹩腳的粉筆畫外再也想不出什么其他的辦法讓杠桿轉(zhuǎn)動時的變化直觀地得到展現(xiàn)。
五、改進建議
以下嘗試對力臂概念的教學(xué)提出些許建議，還望各位行家俚手批評指正。首先要做足引入的功夫。由于力臂這一概念對學(xué)生來說是十分陌生的，要在引入的過程中讓他們意識到力臂這一概念對杠桿來說有著非常重要的意義。引入的方法有很多，可以采用情境創(chuàng)設(shè)法、體驗法、演示實驗法等具體的方法進行，例如在掰手腕這一游戲情景中對力臂進行現(xiàn)場體驗，引導(dǎo)同學(xué)體會由于作用點不同造成的杠桿轉(zhuǎn)動難易不同，如圖1所示。在推門這一情景中感受不同受力方向帶來的杠桿轉(zhuǎn)動難易不同，如圖2所示。先建立好豐富的感性認識，不急于向同學(xué)們告知力臂的概念，讓他們自己萌生出造成杠桿轉(zhuǎn)動難易的原因既不在于力的作用點也不在于力的方向，而與力的大小、力和支點之間的位置有著某種聯(lián)系，進而進行猜想和實驗驗證。這個時候教師進一步設(shè)置問題進行引導(dǎo)，如何才能四兩撥千斤？可以帶領(lǐng)學(xué)生到一個場地較大的地方，做一個大杠桿吊重物，讓學(xué)生想辦法找出最佳的出力方案如圖3所示。學(xué)生一定會很好奇地思考這一問題，他們?nèi)菀紫氲搅α吭酱笤饺菀讓⒏軛U轉(zhuǎn)動從而把重物抬起，但是對于同一個人來說力量的大小是相對固定的，他們會進一步從嘗試調(diào)整力的作用點和方向上來想辦法。此時教師對學(xué)生進行引導(dǎo)，提出作用點在什么位置最好，力在什么方向最佳？學(xué)生找到在杠桿末端用力而且方向要與杠桿垂直才最好。當(dāng)學(xué)生能夠通過自己的嘗試找到最佳的位置和方向，有了必備的體驗儲備之后，教師便可以引出力臂概念，從而幫助學(xué)生理解為什么要在這個位置和這樣的方向才最好。這樣一個能夠幫助理解和解決問題的概念教學(xué)學(xué)生是愿意接受的。而且這樣的概念引入能促使他們對杠桿的認識更加地深入，還能夠體會到概念的背后有著深邃的智慧和深刻的思考。概念教學(xué)的前提是要讓學(xué)生認識到這個概念因何而存在，沒有力臂這一概念盡管也能夠使用杠桿，卻沒辦法說清楚其中的道理。概念教學(xué)的目的不僅僅是要讓學(xué)生知道有這么一個概念更重要的應(yīng)該是讓學(xué)生知道這一觀念產(chǎn)生的因由和體會到其產(chǎn)生過程中所包含的物理方法和思維方式，以及這一概念產(chǎn)生以后所帶來的便利的影響。要想辦法讓概念盡可能直觀的得到。力臂概念對中學(xué)生而言是比較抽象的，僅僅靠老師言語描述是難于被接受和掌握的，在教學(xué)過程中需要教師想想辦法讓這些不能直接進行觀察和測量的概念得到展現(xiàn)，從而便于學(xué)生學(xué)習(xí)。一般的方法都是采用畫圖的方法來展示力臂，當(dāng)然這也算是一種直觀的方式，但不能產(chǎn)生動態(tài)的效果。杠桿的轉(zhuǎn)動是一個動態(tài)變化的過程，力臂也隨著它的轉(zhuǎn)動發(fā)生相應(yīng)的變化，一個靜態(tài)的圖難于說明一個會產(chǎn)生動態(tài)變化的概念，所以完全采用畫力臂圖的方法是很局限的。在這里介紹兩種方法來動態(tài)地展示力臂。第一種方法是自制教具。中學(xué)物理實驗室雖能提供杠桿相關(guān)的實驗器材，但是不能直接顯現(xiàn)出力臂的大小，更不能實時地反應(yīng)出其板在數(shù)學(xué)中應(yīng)用的比較多，其強大的幾何繪圖功能變化。在進行杠桿的實驗時老師總是要求學(xué)生讓杠也很適合表現(xiàn)物理中的動態(tài)變化，如果用幾何畫板桿在水平位置達到平衡，以便直接在杠桿上讀出力來繪制杠桿力臂，其變化過程將一覽無余。臂的大小。這樣的做法有特殊取代一般之嫌，容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生“杠桿只有在水平位置靜止才算平衡狀態(tài)”的錯覺。老師之所以這樣去要求學(xué)生其實也是無奈之舉，因為讓杠桿在其他位置平衡，力與杠桿不垂直，力臂便不在杠桿上，學(xué)生無法得出力臂的大小，實驗將不能便利地進行下去。如果對實驗室提供的器材進行改造，使其具備展現(xiàn)力臂的功能，學(xué)生學(xué)起來將會順利很多。對力臂演示教具的制作可以參考同心切線圓（如圖4所示）和十字移動尺（如圖5所示）的方案。
六、感悟
上好力臂概念教學(xué)課，對初中物理教學(xué)來說意義深遠，影響重大。筆者認為概念教學(xué)完全可以擺脫生硬的說教和機械反復(fù)的演練，完全可以做到有血有肉和生動形象。只有在情理之中才能夠有血有肉，只有把抽象的變的具體才能做到生動形象。好的概念教學(xué)課是可以激發(fā)學(xué)生對物理的濃厚興趣的，是可以幫助學(xué)生形成正確的物理觀念，養(yǎng)成科學(xué)的思維方式，陶冶其積極的情感態(tài)度和價值觀的，進而形成其物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。因此物理教師應(yīng)該重視物理概念的教學(xué)，想辦法教好物理概念。
參考文獻：
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［2］符東生．利用實驗幫助學(xué)生建構(gòu)概念——以“杠桿”教學(xué)為例［J］．中小學(xué)教材教學(xué)，2015，（10）：59－62．第二種方法是利用計算機輔助教學(xué)，在此推薦
［3］鄒芳，周新雅，朱玲慧，王嘉瑋．基于杠桿內(nèi)容的各版本一款功能強大又好用的軟件——幾何畫板，幾何畫教材分析［J］．湖南中學(xué)物理，2017，11：32－33．
作者：張鐘文 周新雅 丁紅 單位：江西師范大學(xué)
