加强体验，历经发现

— 苏科版《杠杆》学情现状分析及相应教学策略

杨洁如（江阴市新桥中学 江苏 江阴 214426）

《杠杆》是苏科版物理第十一章第一节内容，也是学生升入九年级以后学习的物理第一课。根据《物理课程标准（2011年版）》要求，本节课的教学目标有四点：1、知道什么是杠杆，能从常见的工具中辨认出杠杆；2、理解力臂的概念，会画杠杆的力臂；3、理解杠杆平衡条件，能通过实验探究总结出杠杆平衡条件，会用杠杆平衡条件解决实际问题；4、了解杠杆的应用，能对杠杆进行分类，并了解分类的原则。本节课内容教学建议为两课时。但是在课堂教学实践中发现，两课时结束后，教学目标中的两点“理解”较难达成，大多数学生在处理实际杠杆问题时不能正确找到支点，无法理解力臂的物理意义，导致作图画力臂时错误百出，在实验探究结束后总结杠杆平衡条件时更是一头雾水，思路停留在单一的物理量对杠杆状态的影响上，极少数学生能够正确探究出两个物理量的乘积共同影响杠杆平衡条件的结论。学习《杠杆》使很多学生产生挫败感，甚至刚开学就对九年级物理学习产生畏难情绪，发出“初三物理真难学”的感叹，为今后的物理学习成绩出现严重的两级分化现象埋下隐患。

现代教育理论认为，新的知识建构应该建立在学生原有知识基础上，加强学生体验，尊重学生原有知识结构，使学生在亲身体验中不断从旧知识中生成新知识，才是实现有效教学的正确途径。因此在实施每一次的教学活动之前，明确学情，了解学生知识储备现状，实现课堂教学过程中旧知和新知的自然衔接，是教师要做的必不可少的功课。通过对《杠杆》这一章节学情分析发现，学生在学习《杠杆》这一节内容时之所以出现上述现象，与下列两点现状的存在有很大关系，针对这两点现状，笔者在教学实践中不断摸索尝试，试图提出相应的教学策略，以便实现《杠杆》的有效课堂教学。

学情现状一：学生缺乏相关生活经验，无法正确找到支点。

在“会画杠杆的力臂”这一知识点的教学过程中，引导学生找到“固定点”即支点是解决问题的关键。羊角锤、螺丝刀、钢丝钳、钓鱼竿、独轮车、杆秤…，教科书上所列举的这些日常生活中常用杠杆，对于曾经使用过，熟悉使用方法的成年人来说，很容易理解并将其简化成“在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒”这样的物理模型，并且能够很快找到支点。但是对于缺乏生活经验，没有使用过，甚至没有见过这些简单机械的九年级学生来说，正确找到支点是一个难题。在学生活动“拔图钉”中，全班只有少数同学会使用羊角锤；学生活动“观察图11–2，指出图中的工具在工作时有哪些共同的特点”中，当教师要求“用过图a开瓶扳手这种工具的同学请举手”，全班只有两三个学生表示使用过，而图b中的钓鱼竿，大多数学生表示见过，但是没有亲身体验过。这种现象直接导致学生板书作图时，乱标支点，无法作出力臂。

教学策略：巧妙利用身边物体，模拟体验简单机械使用。

羊角锤、螺丝刀、钢丝钳、镊子等生活中常用工具，教师可以实际演示使用方法，要求学生回家体验使用过程，而对于钓鱼竿、撬棒、杆秤、船桨等不常用杠杆，因地制宜，利用手边的现有文具完全可以模拟其使用方法。例如，撬棒在使用时有两种撬法，这两种撬法所对应的支点完全不同，很多学生没有亲身体验之前不能找到这两种使用方法时对应的支点。为加强学生体验，可以利用书、笔、橡皮模拟使用撬棒。使用方法一：书作为重物，笔作为撬棒，动力方向向上，如图1。

图1                                         图2

使用方法二：书作为重物，橡皮作为固定点，笔作为撬棒，动力方向向下，如图2。通过这两次模拟撬棒使用活动，学生正确找到了相应的支点。再如，在处理杠杆平衡条件的应用问题时，杠杆的自重作为阻力的情况下，很多学生不能正确找到支点并画出阻力臂。利用细

图3                                            图4

线、刻度尺、小挂件可以模拟展示杠杆自重作为阻力现象，如图3。而利用刻度尺、细线、橡皮、文具袋可以模拟制作杆秤。刻度尺作为秤杆，橡皮作为秤砣，文具袋作为要称量的物体，如图4。在课堂教学实践中，通过鼓励学生巧妙利用身边物体，模拟制作各种杠杆类机械，有效激发了学生学习兴趣，不仅不再使学生觉得九年级物理课程晦涩难懂，反而对下一章节的课程学习充满期待。除此以外，加强了学生自身体验，激发学生的创新意识，加深了对物理概念的理解。                 

学情现状二：学生知识储备不足，构建新知存在盲点。

《杠杆》这一章节中，要求学生从生活实践的角度初步认识杠杆后，能够有效将生活机械转化为物理模型，并构建科学的概念体系。但是通过教学实践总结发现，该章节中有三个物理概念与八年级学生头脑中已经形成的相关概念内容有差异，知识点衔接不够自然。如果在实施新课教学之前，未能将这三个相关概念阐述清楚，容易使学生原有的知识储备与现有新知出现混淆，不利于展开《杠杆》的有效教学。这三个物理概念是：力的作用线、杠杆的平衡和影响力的作用效果的要素。

八年级《物理》教学过程中，与力的作用线相关知识有两点，一是“用力的图示法表示力”，需要知道力的三要素，即力的大小、方向、作用点。其中并未涉及到力的作用线知识。二是二力平衡的条件之一为“作用在同一物体上的两个力作用在同一直线上”，与力的作用线相关，但是很多教师在实施这一部分内容教学时，也只是做直观上的展示，并未拓展延伸至画力的作用线。而在杠杆五要素教学过程中，力臂的概念直接定义为“支点到力的作用线的距离。”此处“力的作用线”成为学生构建新知存在的第一个盲点。关于物体的平衡状态，八年级《物理》中，将物体保持静止或匀速直线运动状态定义为平衡状态，这种平衡状态的物体处于同一平面，对于八年级学生来说，容易理解并印象深刻。但是在《杠杆》这一章节中，以信息快递的方式指出“杠杆静止或匀速转动，我们就说此时杠杆处于平衡状态”。其中匀速转动是一种动态立体的平衡状态，受头脑中原有知识储备的影响，很多学生不能很快接受并理解这样一种状态，仍然错误地将杠杆的平衡状态定义为“静止或匀速直线运动状态”，此为构建新知存在的第二个盲点。八年级《物理》第九章第三节《力与运动的关系》中指出：力是改变物体运动状态的原因，影响力的作用效果与力的三要素有关，即力的大小、方向、作用点。其中某一个要素的变化将会导致物体的运动状态发生改变，这一原有的知识储备使许多学生观察杠杆的平衡状态被改变时，错误地以为只是力的某一个要素发生变化而导致杠杆的平衡条件被破坏。而杠杆的平衡实质上是力矩的平衡，由单一的某一个物理量影响物体运动状态转化为两个物理量的乘积影响物体运动状态，该处为构建新知的第三个盲点。

教学策略：补充完善知识结构，强化升华新知。

“力的作用线”教学策略：在讲解力臂的画法之前，以信息快递的方式补充力的作用线知识，在“会用力的图示法表示力”知识基础上，阐述力的作用线为“通过力的作用点沿力的方向的直线”，并演示其画法，为正确画力臂奠定基础。“杠杆的平衡状态”的教学策略：直观展示，加深认知。杠杆的平衡状态是一个新的概念，学生不能从原有的知识中演绎推理出来，只有通过感知的发现来生成新知识。除了静止状态以外，教师需要直观展示杠杆的另外一种平衡状态，即匀速转动状态。使杠杆匀速转动，明确指出此时的杠杆仍然处于平衡状态，通过实际现象的演示使学生给学生留下直观感受，使学生在原有知识储备的基础上，进一步完善新知。

通过实验探究总结“杠杆的平衡条件”是教学中的难点。许多教师在教学实践中要求学生测出几次实验中的拉力与力臂的数据后，帮助学生分析数据，指出不同单位的物理量不能相加减，直接引导学生总结两个物理量相乘除后的结果，这样的教学实施过程固然简单，但是不利于学生经历杠杆平衡条件的发现情景与概念生成的过程，无法体验发现的惊奇与乐趣。如果能够循序渐进分析每一组数据，使学生的认识不断升华，最终学生自主发现数据之间的联系，将会实现学生知识结构上的突破与新生。

例如：学生实验与记录一：保持钩码和弹簧测力计的位置不变，改变钩码的数量。学生得到的数据如表一：

表一

发现：阻力臂和动力臂的大小不变，阻力变大，动力变大，阻力变小，动力变小。动力和阻力共同“配合”才能使杠杆保持平衡。

学生实验与记录二：保持弹簧测力计的位置和钩码的数量不变，改变钩码的位置。

                                表二

发现：阻力和动力大小不变，阻力臂变大，动力臂变大，阻力臂变小，动力臂变小，类似于实验数据一的结论，动力臂和阻力臂也需共同“配合”才能实现杠杆的平衡，由此可见，影响杠杆的平衡条件有两个，即力与力臂。

学生实验与记录三：保持钩码的数量和位置不变，改变弹簧测力计的位置。

表三

发现：阻力和阻力臂不变，动力臂改变，动力大小改变。动力与动力臂是两个完全不同的物理量，但要保持杠杆的平衡状态，一个物理量变大，另一个物理量必然随之变小，在阻力和阻力臂均未改变的前提下，动力与动力臂这两个物理量之间是否存在一定定量关系？通过交流讨论发现，动力与动力臂的乘积与阻力与阻力臂的乘积之间存在等值关系，用此结论去验证表一和表二，杠杆的平衡条件由此建立。

加强学生体验，鼓励学生经历发现的过程，在认知的曲折与碰撞中发现并建构新知，是顺应新课标要求，也是实现初中物理有效教学的正确途径。通过模拟体验生活中杠杆的使用，使学生在实验探究中自主探索发现杠杆的的平衡原理，从而使《杠杆》的相关知识根深蒂固地在学生的原有物理知识结构中创建起来。