学生在探究杠杆平衡条件的实验中,有两次调节杠杆在水平位置平衡的操作,其目的并不相同。这里既是教学重点,也是教学难点。若学生能深入思考它们的目的,则将在突破重难点的过程中很好地发展科学思维。所以在实际教学中,我是采取的如下方式进行教学。
先是类比了八下物体运动的平衡状态及其平衡条件,再过渡到杠杆的平衡状态,自然引导向探究杠杆的平衡条件是什么。从杠杆的五要素着手,不管平衡条件是什么,都需要测量杠杆的动力、阻力、动力臂、阻力臂。出示实验所用杠杆,让学生观察杠杆(支点、平衡螺母和杆上标有的刻度),提问如何测量施加在杠杆上的两个力,学生自然想到用弹簧测力计直接作用在杠杆上就可以测出所施加力的大小。此处我肯定了学生的想法,顺势提问如何测量力臂,学生提到用刻度尺,这是一个正常的反应。我又提出了如何方便测量力臂,通过观察到杠杆上的刻度,学生会想到弹簧测力计要垂直杠杆,可以直接从杠杆上读出力臂。再次提问弹簧测力计的方向如何,是最容易操作的。让学生思考、讨论,当弹簧测力计竖直方向时,此时处于杠杆水平位置。至此突破了第一个重难点,也即在实验过程中施加力时,要让杠杆处于水平位置平衡,目的是便于从杠杆上直接读出力臂的大小。
这块的教学其实还可以优化,我在提出一个问题后,应该让学生先思考,再通过自己去动手操作,寻得问题的最优解,而不是只是一味的思考、我给学生演示。因为有的学生不一定能想得到,更多时候需要在实践中得到启发,而有的学生也需要实践验证自己的答案。在优化教学设计、学生活动后,应大胆放手让学生自主探究,教师给到及时、关键的引导即可。此处的教学我是默认用两个弹簧测力计施加力,我想如果直接换成一侧使用钩码,或两侧都使用钩码来施加拉力,由于钩码通过绳子给杠杆施加的拉力始终是竖直向下的,所以学生可能更容易想到让杠杆在水平位置保持平衡。后续实验中,可以让两个力在支点的同侧施加,从而引入弹簧测力计的使用,想来也是可以的。
实验过程中让杠杆处于水平位置平衡的目的是便于测量力臂,提问在实验前杠杆的位置应调节到何处平衡。出示一个倾斜的杠杆(未施加力),问这种状态下能不能直接施加两个力开始实验探究。学生开始思考、讨论。在教学后我觉得这块的引导提问要层层递进,指向性更强。所以我又细化了几个问题。问题1:实验目的是探究两个力、两个力臂之间的关系,如果这种状态下直接施加两个力使杠杆水平位置平衡,还是两个力和两个力臂吗?问题2:如果不是,还存在哪个你“没看见”的力和力臂?问题3:如何消除这个力和力臂对实验的影响?这三个问题是环环相扣的,学生回答了这三个问题,也就明白了通过调节平衡螺母使杠杆水平位置平衡的目的是消除杠杆自重对实验的影响。
在多次测量得到多组实验数据后,在处理数据时,相当于需要代入猜想中验证。所以如何进行合理的猜想呢?我是这样思考的:从八上到目前位置,学生是学过单位是可以乘除运算的,所以可以借助这一思想,让学生合理猜想到动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂。可惜,我在教学实践中没有这样的尝试,在后续的教学设计中,希望能做到深入思考,在教学实践后多反思,不断优化一节课的教学设计。