[运用构建模型法突破“力臂”教学难点的尝试]胜任力素质模型6个维度

　　摘要：在现行的科学教学中，教师对于力臂的教学大多采用了直接讲述的方法，其结果是学生很难理解力臂这一概念，更不用说熟练处理力臂的有关问题了。而构建模型法正是突破抽象科学概念这一教学难点的一把利器，它能使学生面对具体模型作积极的思考，既能大大降低教学难度，又能使学生学到处理问题的方法，提高学生学习科学的能力。
　　关键词：力臂；构建模型；科学教学
　　中图分类号：G632.41 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2012）08-0139-03
　　在现行的科学教材中，对于力臂的教学采用了直接讲述的方法，许多科学老师在进行这一概念的教学中也大都采用这种方法，直截了当地讲出杠杆的五要素，但是，力臂这个概念非常抽象，这种开门见山的方式，显然比较生硬，忽视了在形成这个概念时，对于科学方法的学习和认知能力的培养，使学生在具体认识过程中有突兀感，难以被同化、吸收并储存，其结果是学生搞不清楚为什么要引入这个概念，对于如何处理力臂的问题，死记硬背的多，画错的、判断错的不计其数，使得老师又不得不化大量时间进行纠错。那么，如何能突破这一教学难点呢？笔者从长期教学实践中得出：采用构建模型法较为行之有效。
　　构建模型法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式，建立科学模型和由模型来研究问题，是科学研究中常用的理想化方法，是连接理论和应用的桥梁。其实学生对构建模型法并不陌生，初中科学教材中的原子结构模型、磁感线、化学式、细胞结构图、等高线等都是科学模型，这些模型大大方便了学生对相关抽象的科学概念的认识与理解，对抽象概念的教学难度将会大大降低。抽象化的科学概念要正确体现其认识功能，必须具体化为某个特定的模型，才能发挥理论指导实践的作用。下面，笔者就谈谈突破这一难点的教学设计思路及实施步骤？
　　一、圆盘的制作
　　需要制作的杠杆模型必须为轻质杠杆，但同时又要具备一定的强度，所以可以选择厚度为10MM的泡沫塑料板（即KT板），为了增加实验的可见度，板的面积在1.5平方米左右，然后确定板的中心，以中心为圆点，画出一个半径为0.5米的圆，将多余部分沿圆边小心剪去（如上图）。在制作好的圆盘上，用较粗的记号笔描出圆心O及A1、A2、A1"、A2"、B1、B2、B1"、B2"等点，其中A1、B1距圆心的距离相等，A2、B2距圆心的距离相等，OA2的长度是OA1的两倍，OA1"、O"A2"、OB1"、OB2"的长度相等，A1A1"与A1B1垂直，A2A2"与A2B2垂直，B1B1"与A1B1垂直，B2B2"与A2B2垂直，选择细长的铁钉小心的将每个点穿破，其他点暂时不插铁钉，但将铁钉穿过圆心，并通过这根铁钉将整个圆盘悬空固定在铁架台上。另准备一些细棉线和钩码，细棉线打出称人结备用。
　　二、教学过程
　　1.引入问题情境。在指导学生认识并建立杠杆、动力、动力作用点、阻力、阻力作用点、力的作用线等基本概念后，可设计比较有趣味性的活动来引发学生讨论力对杠杆的转动效果跟哪些因素有关。这样既可提高课堂资源的利用率，又有助于学生能尽快发现问题，积极思考，作出猜想。
　　2.引发认知冲突。在引入问题情境中，给学生们提供的感知材料是与日常生活中的相关知识相接近的，因此，学生们在归纳小结时，绝大部分都非常容易地归纳出了影响杠杆转动效果的因素除了力的大小以外，就是“从支点到力的作用点之间的距离”，且不少同学脸上露出了既轻松又得意的神情？教学实践表明，对于在这种思维定式消极作用下所归纳出的结论，要消除其影响，最理想的解决办法是采用变式教学法，让学生从不同的角度去认识事物，让其自行发现矛盾，认清谬误，从而自觉地消除错误的认识，此时就可以出示自制圆盘进行实验演示。
　　那圆盘是否是杠杆呢？学生刚刚接触杠杆，对于典型的直杠杆还不是非常熟悉，此时出现这种变形的杠杆，需要给学生一定时间进行认识，同时这一步骤也能进一步巩固学生对杠杆本质的认识。学生通过对圆盘的分析，很容易得出，这是一根硬棒，而且能绕固定点转动，教师可补充说明，为了便于问题的处理，将作用在A点的力作为动力，作用在B点的力作为阻力。如果在A1、B1上挂上等量的钩码，圆盘将处于静止状态（教师演示），此时我们可以说杠杆处于平衡状态。
　　现在在A2上挂上两个钩码，在B1上挂上四个钩码（为消除铁钉的作用，在对称点上也应插入铁钉），发现圆盘处于静止（平衡）状态，可提问学生如果把两个钩码换挂到A1，那圆盘会怎样呢？学生肯定会整齐而且大声地回答：转动。教师演示，结果确实如学生所料（如下页图）。为什么呢？学生肯定会回答：因为从支点到力的作用点之间的距离改变了。再提问，如果把两个钩码换挂到A2"呢？学生面露不屑之色，当然转动了。教师演示，而圆盘并未转动，学生目瞪口呆。
　　经过上述过程的分析，学生们虽然在头脑中意识到了刚才的认识是错误的，但同时对影响杠杆平衡的那个“距离”究竟是什么也陷入了比较茫然的地步，脸上也露出了求助的神情？这时可针对初中生的特点，随机介绍一些科学家顽强拼搏探索科学规律的事例，以激起学生们努力克服困难的斗志，使其重整旗鼓，勇于探索。这样，本堂课的情感目标的落实也会更加丰富一些？
　　3.自主认知顺应。此时可加入一个小的练习，让学生过一点作一条直线的垂线，其目的是让学生体会点到线的垂直距离，同时也为后面如何作力臂作一热身，然后再请学生边讨论边思考为什么挂在A2与A2"点时，杠杆都会处于平衡状态，经过一系列的铺垫，学生应该能够得出是因为这两次中：支点到力的作用线的距离相等。在接下来的教学过程中，教师可以让学生自行对这个问题进行完整探究，可按以下方案进行（1）在B1上挂上四个钩码，在A2挂上两个钩码，再由A2换到A1点，其作用是探究当支点到力的作用点、作用线的距离都改变时，杠杆平衡破坏；（2）在B1上挂上四个钩码，在A2挂上两个钩码，再由A2换到A2"点，其作用是探究当支点到作用点的距离改变而支点到力的作用线间的距离不变，杠杆仍然平衡；（3）在B1上挂上四个钩码，在A2"挂上两个钩码，再由A2"换到A1"点，其作用是探究当支点到作用点的距离不变而支点到力的作用线间的距离改变，杠杆平衡破坏。通过这三次探究过程，引导学生抓住“点”、“线”、“距离”这一力臂最本质的含义，并要求学生用语言来准确表述这种物理共性，初步得出，影响杠杆平衡的那个“距离”是“从支点到力的作用线间的垂直距离”的概念？
　　4.理解接受新知。由于学生的第一次的结论在实际验证中遭到了否定，故这次在归纳出了新的结论后，都很谨慎，都想到要用实验来检验、分析，来判断其结论的真伪，教师对这种想法应给予充分肯定？这时，可适时地提出问题:现在在B1"点挂上四个钩码，给你两个钩码，请问你有哪些方法使圆盘处于平衡状态呢？由于刚才学生在探究中，已对这一过程有所了解，此时可放手让学生自己进行设计，并自行上台来演示自己的设计方案。通过不断地尝试，学生会发现只有将两个钩码挂在A2或A2"点时，杠杆才能处于平衡状态。这时，再问学生为什么把四个钩码挂在B1点和B1"点时，要使杠杆平衡的方法是一样的呢？学生通过两次对比后，很自然就会回答，那是因为钩码挂在B1点和B1"点时，从支点到阻力作用线的垂直距离是相同的，可见，影响杠杆平衡的一个重要因素的确是这个“距离”。在第四个教学环节中，学生通过自己的尝试获得的体验对学生的印象将是非常深刻的，同时也有助于学生更加自信，更能积极开动脑筋，主动投入学习，这将极大增强对于学习科学的兴趣；而且在这一环节中，教师又让学生经历了一次从实践到理论，再由理论到实践的认识过程，初步学会了如何发现问题，分析问题，解决问题的办法？至此，教师再给出“力臂”概念的定义，自然是水到渠成，学生既容易接受，也容易理解，而且，还能对学生认识并理解杠杆的平衡条件起到很大的作用。
　　以上是笔者运用构建模型法突破“力臂”教学难点的尝试，以期抛砖引玉，投石激浪。