利用生活體驗(yàn) 分化探究難點(diǎn)

1、利用生活體驗(yàn) 分化探究難點(diǎn)-探究杠桿的平衡條件教學(xué)設(shè)計(jì)劉升超 2011年9月11日內(nèi)容簡析本節(jié)主要內(nèi)容有：認(rèn)識(shí)杠桿及其五要素，探究杠桿的平衡條件，了解不同形式的杠桿在生活中的應(yīng)用。杠桿平衡條件是人們分析、計(jì)算杠桿問題的理論依據(jù)，也是研究其他各種簡單機(jī)械的基礎(chǔ)，所以經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的過程并運(yùn)用它分析有關(guān)問題是本節(jié)的重點(diǎn)。很多學(xué)生盡管能正確說出力臂的定義，但遇到實(shí)際問題時(shí)仍把支點(diǎn)到動(dòng)力或阻力作用點(diǎn)的距離作為力臂，所以力臂的概念及其畫法是本節(jié)的難點(diǎn)。目標(biāo)定位杠桿在生活和生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，學(xué)好這部分知識(shí)具有重要的實(shí)際意義。杠桿是一種重要的簡單機(jī)械，也是學(xué)習(xí)滑輪、輪軸等其他一些簡單機(jī)械的基礎(chǔ)。大

2、部分學(xué)生對(duì)生活中的杠桿比較熟悉，也很感興趣；但對(duì)杠桿的“五要素”及杠桿的平衡條件，還不清楚。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，可以把學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)上升為理性認(rèn)識(shí)。因此本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)如下：一、知識(shí)與技能知道什么是杠桿，能根據(jù)實(shí)物畫出杠桿的示意圖。知道杠桿的平衡條件，會(huì)利用杠桿平衡條件解決一些簡單的問題。二、過程與方法通過實(shí)驗(yàn)，探究杠桿的平衡條件，初步領(lǐng)會(huì)從具體到抽象的方法。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀通過了解杠桿在實(shí)際中的應(yīng)用，體會(huì)到物理知識(shí)是有用的，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。方法闡釋本節(jié)課按照“具體抽象具體”的思路展開設(shè)計(jì)，讓學(xué)生親自經(jīng)歷探究“杠桿平衡條件的全過程。從學(xué)生熟悉的“蹺蹺板”開始，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“蹺蹺板”進(jìn)行簡化

3、，利用木尺和鉤碼分別代替蹺蹺板和人進(jìn)行體驗(yàn)性探究，引導(dǎo)學(xué)生遷移探究“蹺蹺板”體驗(yàn)，定量探究杠桿的平衡條件，加深對(duì)力臂概念的理解。最后根據(jù)杠桿平衡條件討論、認(rèn)識(shí)生活中形形色色的杠桿。教學(xué)流程 i自主預(yù)習(xí)形成環(huán)節(jié)一 初步認(rèn)識(shí)杠桿1小實(shí)驗(yàn)：分別用羊角錘起釘子、用剪刀剪紙、用起子起瓶蓋、用直尺撬文具盒。在觀察的基礎(chǔ)上思考：（1）這些工具在工作時(shí)有哪些共同特征？（2）請(qǐng)畫出下圖中各杠桿的支點(diǎn)o和動(dòng)力f1及阻力f2的示意圖。思考：f1和f2是誰受到的力？2.小結(jié)：杠桿：_，叫杠桿。支點(diǎn)是：_，動(dòng)力是：_ _，阻力是：_ _?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，觀察具體事物的共同特征，初步理解“杠桿”、“支點(diǎn)”、“動(dòng)

4、力”、“阻力”概念環(huán)節(jié)二 從蹺蹺板談起1.提出問題（1）回憶你玩過的蹺蹺板的游戲，結(jié)合觀察下圖： 你有哪些感興趣的問題？ （2）對(duì)你提出的問題作出猜想或假設(shè)【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生開放地思考，提出有探究價(jià)值的問題。從學(xué)生具有感性體驗(yàn)的“蹺蹺板”引出探究課題，作出猜想，有利于激發(fā)探究興趣。2.設(shè)計(jì)方案（1）想一想，生活中蹺蹺板的水平狀態(tài)是怎樣調(diào)節(jié)的？（2）在我們的課堂上大家都用蹺蹺板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，顯然是不可能的，你能否把生活中蹺蹺板進(jìn)行簡化，利用一些簡單的、便于操作的器材開展探究活動(dòng)呢？請(qǐng)寫出你的實(shí)驗(yàn)方案。（3）將你的實(shí)驗(yàn)方案與課本上的對(duì)比，思考你的探究方案的優(yōu)缺點(diǎn)。【設(shè)計(jì)意圖】通過學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)設(shè)置階梯，

5、降低學(xué)生探究困難。通過問題，喚醒學(xué)生“力?。ǖ街c(diǎn)的）距離大”、“力大（到支點(diǎn)的）小”的“感性體驗(yàn)（前認(rèn)知）”，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)杠桿的平衡做好鋪墊，提供幫助。同時(shí)也有助于培養(yǎng)學(xué)生“從生活到物理”的良好的意識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生抓住蹺蹺板的主要特征將實(shí)際物體（研究對(duì)象）進(jìn)行簡化、抽象，對(duì)學(xué)生滲透研究方法的教育。ii 合作展示探究環(huán)節(jié)一 出示交流展示內(nèi)容和活動(dòng)安排1談?wù)勀銓?duì)杠桿的認(rèn)識(shí)。2交流展示“由蹺蹺板提出的問題、猜想及探究方案”。3小組展示學(xué)習(xí)成果，優(yōu)化探究方案4實(shí)施分組探究，5全班交流展示探究成果6了解杠桿的分類，認(rèn)識(shí)生活中的杠桿?！驹O(shè)計(jì)意圖】明確本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容和活動(dòng)程序，引領(lǐng)學(xué)生小組內(nèi)的討論交流

6、、合作學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)探究以及全班范圍內(nèi)的展示交流活動(dòng)。環(huán)節(jié)二 小組討論 個(gè)人預(yù)習(xí)成果1杠桿及支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力的概念2由蹺蹺板提出的問題、猜想3探究蹺蹺板平衡的實(shí)驗(yàn)方案【設(shè)計(jì)意圖】實(shí)施小組合作學(xué)習(xí)，促進(jìn)對(duì)杠桿及相關(guān)概念的了解，明確探究問題及探究方向。環(huán)節(jié)三 展示交流 小組研討成果展示一：杠桿及相關(guān)概念展示二：由蹺蹺板提出問題：蹺蹺板為什么能上下轉(zhuǎn)動(dòng)？蹺蹺板為什么能平衡？蹺蹺板受到哪些力的作用？探究課題：怎樣才能使蹺蹺板保持水平平衡狀態(tài)？猜想：根據(jù)“力?。ǖ街c(diǎn)的）距離大、力大（到支點(diǎn)的）小”的經(jīng)驗(yàn)提出猜想：蹺蹺板水平平衡不僅與作用在兩邊力的大小有關(guān)，還與兩力到支點(diǎn)的距離有關(guān)展示三：設(shè)計(jì)探究方案蹺蹺板

7、水平狀態(tài)的調(diào)節(jié)過程：蹺蹺板中間有一個(gè)固定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，大人、小孩分別給蹺蹺板一個(gè)向下的力，調(diào)整兩人到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離，當(dāng)兩人到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離和兩力的大小滿足一定條件時(shí)，蹺蹺板就能處于水平狀態(tài)。簡化蹺蹺板：用帶有等分刻度的均勻木尺代替蹺蹺板、用鉤碼代替人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究木尺平衡與“力”和“（到支點(diǎn)的）距離”的數(shù)量關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)裝置（如下圖所示）與探究要點(diǎn)：1在木尺的兩邊分別掛上數(shù)目不同的鉤碼，用f1、f2表示鉤碼的拉力，用l1、l2表示懸掛點(diǎn)到支點(diǎn)o的距離。2改變鉤碼個(gè)數(shù)并調(diào)節(jié)懸掛點(diǎn)到o點(diǎn)的距離，使木尺處于水平靜止?fàn)顟B(tài)。將各次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫入下表。實(shí)驗(yàn)次數(shù)左邊右邊動(dòng)力f1/n距離l1/cm阻力f2/n距離l2/

8、cm123【設(shè)計(jì)意圖】通過全班交流，進(jìn)一步明確探究思路和方法，為分組實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備?；趯W(xué)生的實(shí)際認(rèn)知規(guī)律，此時(shí)不急于硬性給出“力臂”的概念，而是稱之為懸掛點(diǎn)到支點(diǎn)的“距離”。環(huán)節(jié)四 合作探究1 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)學(xué)生按照上上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，把測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)好的表格中。教師提醒學(xué)生要把懸掛點(diǎn)選在木尺的中心處，使用前要調(diào)節(jié)木尺平衡，鉤碼對(duì)木尺拉力的大小就等于鉤碼的重力，注意要測量準(zhǔn)鉤碼的重量和鉤碼到o點(diǎn)的距離。要多次改變所掛鉤碼的個(gè)數(shù)和它在木尺上的位置，多測幾組數(shù)據(jù)?！驹O(shè)計(jì)意圖】學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，獲得體驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)，得出初步結(jié)論。合作探究2 如果杠桿的左邊改用彈簧測力計(jì)斜拉杠桿使其平衡（如下

9、圖所示），用刻度尺分別測出支點(diǎn)到測力計(jì)拉力作用點(diǎn)的距離和支點(diǎn)到該力作用線的距離填入下表中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)左邊右邊動(dòng)力f1/n支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)距離l/cm支點(diǎn)到力的作用線距離l1/cm阻力f2/n距離l2/cm12【設(shè)計(jì)意圖】通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)：當(dāng)用彈簧測力計(jì)斜拉杠桿時(shí)，左右兩邊的力與支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)距離的乘積不再相等！形成認(rèn)知沖突。為下一步教師引入“力的作用線”和“力臂”的做好鋪墊。環(huán)節(jié)五 展示交流 探究成果老師點(diǎn)撥：根據(jù)你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，木尺水平平衡由哪些因素決定？分析你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，看看在什么條件下，木尺才能平衡？木尺平衡由兩邊力的大小和兩個(gè)距離四個(gè)因素決定木尺平衡時(shí)，左邊的力和左邊距離的乘積等于

10、右邊的力和右邊距離的乘積，所以木尺平衡的條件是：左右兩邊力和距離的乘積相等。距離應(yīng)該是支點(diǎn)到力的作用線的距離，而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離老師點(diǎn)撥：我們已經(jīng)了解了有關(guān)杠桿的幾個(gè)概念：支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：木尺平衡僅用這三個(gè)物理量描述是不行的，還要用到兩個(gè)距離，我們把這兩個(gè)距離用力臂來表示。動(dòng)力臂：由支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離阻力臂：由支點(diǎn)到阻力作用線的距離老師點(diǎn)撥：動(dòng)力和阻力是相對(duì)的，要視具體情況而定。通常情況下，使杠桿繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力為動(dòng)力；而阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力為阻力。動(dòng)力和阻力是杠桿受到的力，是其他物體作用在杠桿上的力，不要把杠杠作用給別的物體的力誤認(rèn)為是杠桿受到的力。無論是動(dòng)力臂還是阻力

11、臂，都是從支點(diǎn)到力的作用線的距離，而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。綜合分析以上數(shù)據(jù)可知杠桿平衡條件是：動(dòng)力動(dòng)力臂=阻力阻力臂【設(shè)計(jì)意圖】實(shí)驗(yàn)和討論，學(xué)生會(huì)認(rèn)識(shí)到木尺水平平衡不僅兩邊力的大小有關(guān)，而且還跟兩力到支點(diǎn)的距離有關(guān)。在此基礎(chǔ)上再給出力臂的概念，學(xué)生就容易理解了。環(huán)節(jié)六 合作探究3 杠桿的分類1.標(biāo)出下圖中杠桿的支點(diǎn)，并畫出動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂。然后思考討論：2根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，你認(rèn)為上圖中的杠桿哪些是省力的？哪些是費(fèi)力的？哪個(gè)既不省力，也不費(fèi)力？3根據(jù)杠桿的平衡條件分析，為什么有的杠桿省力？有的杠桿費(fèi)力？有的既不省力又不費(fèi)力？4生活中還有哪些省力杠桿、費(fèi)力杠桿、等臂杠桿？請(qǐng)列舉幾例，并

12、畫出這些杠桿的示意圖。【設(shè)計(jì)意圖】通過一系列問題啟發(fā)學(xué)生根據(jù)杠桿的平衡條件分析杠桿省力、費(fèi)力情況，利用生活經(jīng)驗(yàn)判斷杠桿類型，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的物理知識(shí)，具有將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會(huì)實(shí)踐的意識(shí)。教有所思 學(xué)生在平時(shí)的生活實(shí)際中會(huì)有意識(shí)或無意識(shí)地積累體驗(yàn)，這些親身經(jīng)歷和直接經(jīng)驗(yàn)對(duì)于物理學(xué)習(xí)具有特殊的意義，在物理教學(xué)中，教師可以通過一系列問題，激活學(xué)生的這些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，并促其正向遷移，可以有效降低認(rèn)知困難，本節(jié)課將學(xué)生玩“蹺蹺板”的體驗(yàn)激發(fā)起來，一方面啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案，同時(shí)也為在探究過程中熟練調(diào)節(jié)杠桿平衡提供支持；另外老師也可以通過創(chuàng)設(shè)新穎的、有趣的、針對(duì)性強(qiáng)的問題情境, 如本節(jié)課合作探究2 中改用彈簧測力計(jì)斜拉杠桿使其平衡的實(shí)驗(yàn)，引起學(xué)生內(nèi)在的認(rèn)知沖突, 從而使學(xué)生的思維更加活躍、深刻,更富有創(chuàng)造性，喚起學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的強(qiáng)烈的情感活動(dòng),促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。以往進(jìn)行這部分教學(xué)時(shí)，通常是先直接給出杠桿及其五要素（支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂）的概念，然后讓學(xué)生探究杠桿的平衡條件。而學(xué)生對(duì)這些概念，特別是為什么引入力臂的概念，學(xué)生一無所知。老師用很多方法都很難讓學(xué)生真正理解，成為了名副其實(shí)的教學(xué)難點(diǎn)。而本節(jié)課中，我們首先利用“蹺蹺板”，引出符合學(xué)生思維習(xí)慣的探究課題：怎樣才能使蹺蹺板成水平