利用生活经验突破“力臂”教学难点初探

初中物理教学中“力臂”概念，历来都被物理教师看作是一个难点，甚至在高中物理教学中也存在着困惑，这是因为： “力臂”作为物理概念，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”概念是顺应的认知方式。 一、“力臂”教学中的隐藏问题 “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。因而“先入为主”在以后画力臂等有关问题中常常出现失误。 如何突破这个难点，笔者对此也做了一些思考并利用学生具有的生活经验及对实验的改进进行了一些尝试，效果很好，现说明于后。 二、根据学生已有的生活经验，建立人从公路外一点上公路的“最近走径”模型 现代人本主义学习观认为，经验学习不仅是一种增长知识的学习，而且是一种与每个人的各部分经验都融合在一起的学习，它十分注重学习内容和个人的关系。因此，我们从实际生活中的事实出发，给学生建立如下的经验模型： 　　　　　 如图1所示，a为一条公路，A为公路外一点上的人，想上公路的最小距离为，建立模型。关于这一生活经验都是学生所具备的常识，即元认知。将这一知识与杠杆知识有机结合赋予新的意义。如图2所示，将力的作用线b类比为公路a，支点O类比为公路外一点A，力臂OC类比为上公路的最小距离。这样将寻找力臂的问题转化为上公路时最短距离的走径问题。实践证明，建立这样的模型进行教学，学生在较复杂形变的杠杆中能够准确地作出力臂的图示。 三、改进实验装置，使力臂的测f与读数符合上公路“最近走径”的模型 　　　　　 在原有杠杆的实验装置中，添加具有创新特征的改进装置，如图3所示的“T”型刻度尺，其上凿有长为15cm的长方形的槽孔，其目的是把固定杠杆的支点穿过螺钉，以便使“T”形刻度尺测量不同长度时，沿着长方形槽孔移动，从而能准确地测量出不同情况的力臂的长度，如图4所示的一般情况。 四、教学实施与体会 本人实施课堂教学时，采取了如下的策略： （1）学生学习时，为能够实现顺应的认知方式，引入新课时就通过讨论公路外的人，想上公路怎么走时距离最短？建立人从公路外一点，上公路的“最近走径”的模型，作为学生学习杠杆的起始知识。 （2）关键的环节是将寻找力臂的过程与人从公路外一点上公路的最近距离走径的模型有机的联系类比起来。即支点就是人在公路外的一点；找力的作用线就是找公路；上公路的最近距离走径就是所求的力臂。 （3）课本中罗列的同学与老师共同例举的杠杆，应该重视分析抽象杠杆的特征，要用一条直线或曲线代表杠杆实物，用一个小三角形的顶点代表转动轴，这样的示意图，有利于抽象出杠杆的共同特征。通过改变作用在杠杆上力的方向、作用点等变式的示意图，能够更好地体会人从公路外一点，上公路的“最近走径”的模型。 （4）实验装置改进后，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。建立新的认知冲突是实现顺应的基础，揭示冲突的原因能突出实验现象的本质，是实现顺应的关键。 参考文献 1 张万清等．突破初中物理“力臂”教学难点的一个改革措施．物理通报。1993（6） 2 闰迎利．镜尺件在力矩平街实验中的应用．物理教师．2003（9）