利用生活体验分化探究难点

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1、利用生活体验 分化探究难点-探究杠杆的平衡条件教学设计刘升超 2011年9月11日内容简析本节主要内容有：认识杠杆及其五要素，探究杠杆的平衡条件，了解不同形式的杠杆在生活中的应用。杠杆平衡条件是人们分析、计算杠杆问题的理论依据，也是研究其他各种简单机械的基础，所以经历探究杠杆平衡条件的过程并运用它分析有关问题是本节的重点。很多学生尽管能正确说出力臂的定义，但遇到实际问题时仍把支点到动力或阻力作用点的距离作为力臂，所以力臂的概念及其画法是本节的难点。目标定位杠杆在生活和生产中有着广泛的应用，学好这部分知识具有重要的实际意义。杠杆是一种重要的简单机械，也是学习滑轮、轮轴等其他一些简单机械的基础。大

2、部分学生对生活中的杠杆比较熟悉，也很感兴趣；但对杠杆的“五要素”及杠杆的平衡条件，还不清楚。通过本节课的学习，可以把学生的感性经验上升为理性认识。因此本节课教学目标如下：一、知识与技能知道什么是杠杆，能根据实物画出杠杆的示意图。知道杠杆的平衡条件，会利用杠杆平衡条件解决一些简单的问题。二、过程与方法通过实验，探究杠杆的平衡条件，初步领会从具体到抽象的方法。三、情感态度与价值观通过了解杠杆在实际中的应用，体会到物理知识是有用的，培养学生对科学的兴趣。方法阐释本节课按照“具体抽象具体”的思路展开设计，让学生亲自经历探究“杠杆平衡条件的全过程。从学生熟悉的“跷跷板”开始，引导学生对“跷跷板”进行简化

3、，利用木尺和钩码分别代替跷跷板和人进行体验性探究，引导学生迁移探究“跷跷板”体验，定量探究杠杆的平衡条件，加深对力臂概念的理解。最后根据杠杆平衡条件讨论、认识生活中形形色色的杠杆。教学流程 I自主预习形成环节一 初步认识杠杆1小实验：分别用羊角锤起钉子、用剪刀剪纸、用起子起瓶盖、用直尺撬文具盒。在观察的基础上思考：（1）这些工具在工作时有哪些共同特征？（2）请画出下图中各杠杆的支点O和动力F1及阻力F2的示意图。思考：F1和F2是谁受到的力？2.小结：杠杆：_，叫杠杆。支点是：_，动力是：_ _，阻力是：_ _。【设计意图】通过实验体验，观察具体事物的共同特征，初步理解“杠杆”、“支点”、“动

4、力”、“阻力”概念环节二 从跷跷板谈起1.提出问题（1）回忆你玩过的跷跷板的游戏，结合观察下图： 你有哪些感兴趣的问题？ （2）对你提出的问题作出猜想或假设【设计意图】让学生开放地思考，提出有探究价值的问题。从学生具有感性体验的“跷跷板”引出探究课题，作出猜想，有利于激发探究兴趣。2.设计方案（1）想一想，生活中跷跷板的水平状态是怎样调节的？（2）在我们的课堂上大家都用跷跷板进行实验，显然是不可能的，你能否把生活中跷跷板进行简化，利用一些简单的、便于操作的器材开展探究活动呢？请写出你的实验方案。（3）将你的实验方案与课本上的对比，思考你的探究方案的优缺点。【设计意图】通过学生生活经验设置阶梯，

5、降低学生探究困难。通过问题，唤醒学生“力小（到支点的）距离大”、“力大（到支点的）小”的“感性体验（前认知）”，为学生实验过程中调节杠杆的平衡做好铺垫，提供帮助。同时也有助于培养学生“从生活到物理”的良好的意识。引导学生抓住跷跷板的主要特征将实际物体（研究对象）进行简化、抽象，对学生渗透研究方法的教育。II 合作展示探究环节一 出示交流展示内容和活动安排1谈谈你对杠杆的认识。2交流展示“由跷跷板提出的问题、猜想及探究方案”。3小组展示学习成果，优化探究方案4实施分组探究，5全班交流展示探究成果6了解杠杆的分类，认识生活中的杠杆。【设计意图】明确本节课重点内容和活动程序，引领学生小组内的讨论交流

6、、合作学习、实验探究以及全班范围内的展示交流活动。环节二 小组讨论 个人预习成果1杠杆及支点、动力、阻力的概念2由跷跷板提出的问题、猜想3探究跷跷板平衡的实验方案【设计意图】实施小组合作学习，促进对杠杆及相关概念的了解，明确探究问题及探究方向。环节三 展示交流 小组研讨成果展示一：杠杆及相关概念展示二：由跷跷板提出问题：跷跷板为什么能上下转动？跷跷板为什么能平衡？跷跷板受到哪些力的作用？探究课题：怎样才能使跷跷板保持水平平衡状态？猜想：根据“力小（到支点的）距离大、力大（到支点的）小”的经验提出猜想：跷跷板水平平衡不仅与作用在两边力的大小有关，还与两力到支点的距离有关展示三：设计探究方案跷跷板

7、水平状态的调节过程：跷跷板中间有一个固定的转动轴，大人、小孩分别给跷跷板一个向下的力，调整两人到转动轴的距离，当两人到转动轴的距离和两力的大小满足一定条件时，跷跷板就能处于水平状态。简化跷跷板：用带有等分刻度的均匀木尺代替跷跷板、用钩码代替人进行实验，探究木尺平衡与“力”和“（到支点的）距离”的数量关系。 实验装置（如下图所示）与探究要点：1在木尺的两边分别挂上数目不同的钩码，用F1、F2表示钩码的拉力，用L1、L2表示悬挂点到支点O的距离。2改变钩码个数并调节悬挂点到O点的距离，使木尺处于水平静止状态。将各次实验数据填写入下表。实验次数左边右边动力F1/N距离L1/cm阻力F2/N距离L2/

8、cm123【设计意图】通过全班交流，进一步明确探究思路和方法，为分组实验做好准备。基于学生的实际认知规律，此时不急于硬性给出“力臂”的概念，而是称之为悬挂点到支点的“距离”。环节四 合作探究1 进行实验收集数据学生按照上上述方法进行实验操作，把测得的实验数据填入设计好的表格中。教师提醒学生要把悬挂点选在木尺的中心处，使用前要调节木尺平衡，钩码对木尺拉力的大小就等于钩码的重力，注意要测量准钩码的重量和钩码到O点的距离。要多次改变所挂钩码的个数和它在木尺上的位置，多测几组数据。【设计意图】学生动手实验，获得体验，收集数据，得出初步结论。合作探究2 如果杠杆的左边改用弹簧测力计斜拉杠杆使其平衡（如下

9、图所示），用刻度尺分别测出支点到测力计拉力作用点的距离和支点到该力作用线的距离填入下表中。实验次数左边右边动力F1/N支点到力的作用点距离L/cm支点到力的作用线距离L1/cm阻力F2/N距离L2/cm12【设计意图】通过实验让学生发现：当用弹簧测力计斜拉杠杆时，左右两边的力与支点到力的作用点距离的乘积不再相等！形成认知冲突。为下一步教师引入“力的作用线”和“力臂”的做好铺垫。环节五 展示交流 探究成果老师点拨：根据你的实验数据分析，木尺水平平衡由哪些因素决定？分析你的实验数据，看看在什么条件下，木尺才能平衡？木尺平衡由两边力的大小和两个距离四个因素决定木尺平衡时，左边的力和左边距离的乘积等于

10、右边的力和右边距离的乘积，所以木尺平衡的条件是：左右两边力和距离的乘积相等。距离应该是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离老师点拨：我们已经了解了有关杠杆的几个概念：支点、动力、阻力。通过实验发现：木尺平衡仅用这三个物理量描述是不行的，还要用到两个距离，我们把这两个距离用力臂来表示。动力臂：由支点到动力作用线的距离阻力臂：由支点到阻力作用线的距离老师点拨：动力和阻力是相对的，要视具体情况而定。通常情况下，使杠杆绕轴转动的力为动力；而阻碍杠杆转动的力为阻力。动力和阻力是杠杆受到的力，是其他物体作用在杠杆上的力，不要把杠杠作用给别的物体的力误认为是杠杆受到的力。无论是动力臂还是阻力

11、臂，都是从支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。综合分析以上数据可知杠杆平衡条件是：动力动力臂=阻力阻力臂【设计意图】实验和讨论，学生会认识到木尺水平平衡不仅两边力的大小有关，而且还跟两力到支点的距离有关。在此基础上再给出力臂的概念，学生就容易理解了。环节六 合作探究3 杠杆的分类1.标出下图中杠杆的支点，并画出动力、阻力、动力臂、阻力臂。然后思考讨论：2根据生活经验，你认为上图中的杠杆哪些是省力的？哪些是费力的？哪个既不省力，也不费力？3根据杠杆的平衡条件分析，为什么有的杠杆省力？有的杠杆费力？有的既不省力又不费力？4生活中还有哪些省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆？请列举几例，并

12、画出这些杠杆的示意图。【设计意图】通过一系列问题启发学生根据杠杆的平衡条件分析杠杆省力、费力情况，利用生活经验判断杠杆类型，引导学生关注生活中的物理知识，具有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。教有所思 学生在平时的生活实际中会有意识或无意识地积累体验，这些亲身经历和直接经验对于物理学习具有特殊的意义，在物理教学中，教师可以通过一系列问题，激活学生的这些经验体会，并促其正向迁移，可以有效降低认知困难，本节课将学生玩“跷跷板”的体验激发起来，一方面启发学生设计探究方案，同时也为在探究过程中熟练调节杠杆平衡提供支持；另外老师也可以通过创设新颖的、有趣的、针对性强的问题情境, 如本节课合作探究

13、2 中改用弹簧测力计斜拉杠杆使其平衡的实验，引起学生内在的认知冲突, 从而使学生的思维更加活跃、深刻,更富有创造性，唤起学生对物理学习的强烈的情感活动,促进学生自主学习。以往进行这部分教学时，通常是先直接给出杠杆及其五要素（支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂）的概念，然后让学生探究杠杆的平衡条件。而学生对这些概念，特别是为什么引入力臂的概念，学生一无所知。老师用很多方法都很难让学生真正理解，成为了名副其实的教学难点。而本节课中，我们首先利用“跷跷板”，引出符合学生思维习惯的探究课题：怎样才能使跷跷板成水平状态。然后，引导学生把“跷跷板”简化为木尺，利用木尺和钩码进行探究。让学生在探究过程中感知木尺的水平平衡不仅与两边力的大小有关，还与两力到支点的距离有关。当学生的感性认识达到一定程度，再给出杠杆及其五要素的概念就水到渠成了。对学生来说，在他们的认知需要进一步提升（分析数据，得出结论）的时候，也是到了“不愤不启，不悱不发”的境界时，适时地给出了学生很想弄明白的问题。这样就大大降低了“教”和“学”的困难。