崔軼斌

（清華大學附屬中學永豐學校，北京 100094）

側(cè)重實驗與體驗 從感性回歸理性
——《滑輪》教學設(shè)計及思考

崔軼斌

（清華大學附屬中學永豐學校，北京 100094）

滑輪屬于變形的杠桿，其工作原理和使用特點可以利用杠桿的知識加以理解.對于滑輪，學生并不陌生，但是對于定滑輪、動滑輪的使用特點、實質(zhì)并不了解.因此，本節(jié)課需要合理地安排演示實驗、學生探究活動，來給學生仔細觀察、動手實踐的機會，了解滑輪的特點和作用，充分調(diào)動學習的積極性，突出重點、突破難點，使學生對滑輪的認識從感性回歸到理性.

滑輪 實驗 特點

一、設(shè)計思路

《滑輪》是北師大版物理八年級下冊第九章第二節(jié)的內(nèi)容.作為一種常見的簡單機械，滑輪在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應用.從實質(zhì)上看，滑輪屬于變形的杠桿，其工作原理和使用特點可以利用杠桿的知識加以理解.同時，本節(jié)內(nèi)容也是學習第五節(jié)“探究——使用機械是否省功”、第六節(jié)“測滑輪組的機械效率”的基礎(chǔ).學生對“功”原理的理解、機械效率的認識都借助了滑輪這種機械.因此，本節(jié)內(nèi)容在本章中起到承上啟下的重要作用.

對于滑輪，學生已經(jīng)有了一定的了解.在小學科學課、本冊第七章“力和運動”、第八章“壓強與浮力”的學習過程當中，都涉及滑輪，學生對這一裝置并不陌生，但是對于定滑輪、動滑輪的使用特點、實質(zhì)并不了解.因此在本節(jié)課中，需要合理地安排演示實驗、學生探究活動，來給學生仔細觀察、動手實踐的機會，了解滑輪的特點和作用，充分調(diào)動學習的積極性，突出重點、突破難點，使學生對滑輪的認識從感性回歸到理性.因此，本節(jié)課將以學生探究學習為主線，課堂活動、問題設(shè)計均圍繞這一主題展開.

二、教學過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境引入新課

觀察實驗：教師這里有一個起重機的模型，當接通電源之后，重物在豎直方向上被提升起來.但是我們發(fā)現(xiàn)，提供動力的電動機與重物卻不在一條直線上.

提出問題：那么，在電動機運行的過程中，繩索經(jīng)過了哪些關(guān)鍵的元件，從而改變了力的方向，實現(xiàn)了重物的升降？

教師揭秘：我們將這一關(guān)鍵結(jié)構(gòu)放大后發(fā)現(xiàn)，這個神秘的零件其實是我們生活當中常見的滑輪.那滑輪在工作時有什么特點呢？使用這種機械會給我們帶來怎樣的便利呢？今天我們一起來探究.

【設(shè)計意圖】對于物理新知識教學，課堂引入有多種方式，怎樣能夠在契合主題的同時，吸引學生的注意力，提高課堂效率就顯得尤為關(guān)鍵了.起重機，學生對它既熟悉又陌生.熟悉在于日常生活中經(jīng)常能夠看到起重機的身影，陌生在于學生對于起重機的細節(jié)并不了解.教師通過對起重機的局部放大，讓學生看到這一“神秘”的零件，從而引入滑輪.

（二）親身體會回顧知識

學生活動：我們現(xiàn)在也在教室里嘗試利用一根繩和一個滑輪，將重物提升一定高度，哪一小組同學來展示你們的設(shè)計方案？（選擇一組學生上臺）

在展示前，教師準備的重物在教室的另外一端，某某同學，你能幫老師把它搬過來嗎？現(xiàn)在，請展示你們設(shè)計實驗的方案吧.（學生利用教師提供的支架、重物、演示用的巨大滑輪和粗繩展示提升方案）

【設(shè)計意圖】在這一環(huán)節(jié)，讓學生上臺體驗，采取不同的連接方式，利用滑輪將巨大的重物提升.在開始實驗前，教師提出一個請求：“某某同學，你能幫老師把旁邊的重物搬過來嗎？”這一句簡單的話語，看似并不經(jīng)意，但是卻有著背后的深意.通過讓學生體會直接搬運重物、用定滑輪提升重物、用動滑輪提升重物的費力程度，為后面實驗探究的猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)做好了鋪墊，起到了合理的引導.

（三）實驗探究得到規(guī)律

提出問題：利用定滑輪、動滑輪提升重物分別能夠給我們帶來什么好處呢？和直接提起重物相比，各有什么優(yōu)點呢？

猜想與假設(shè)：經(jīng)過同學們的回答，我們一起進行歸納：使用滑輪可能會改變力的方向、省力、費距離.那么如果假設(shè)成立，又能省多少力呢？費多少距離呢？我們一起制訂實驗計劃進行探究.

設(shè)計實驗與制訂計劃：根據(jù)同學們的猜想，我們可以把實驗分類.

第一，探究使用滑輪是否省力.教師給大家提供了一個重力為2N的鉤碼.要比較使用定滑輪、動滑輪與直接提升重物相比是否省力，我們應該測量什么物理量？又該如何測量呢？

第二，探究使用滑輪是否費距離.我們應該測量什么物理量？又該如何測量呢？

第三，探究使用滑輪是否改變力的方向.

進行實驗與收集證據(jù)：教師借助多媒體手段，隨機抽取實驗小組，將所得到的實驗數(shù)據(jù)填入幻燈片中，進行展示.

分析與論證：教師請學生通過觀察實驗數(shù)據(jù)，分別給出定滑輪、動滑輪的工作特點.

評估：教師借由學生所展示的數(shù)據(jù)提出疑問，請學生思考回答實驗過程中出現(xiàn)誤差的原因，并且嘗試對實驗進行改進來減小誤差.

強調(diào)注意事項：在我們進行實驗之前，請同學們注意，在提升滑輪時，應當緩慢、勻速、豎直拉動繩子.

【設(shè)計意圖】學生實驗探究是本節(jié)課的主要內(nèi)容.讓學生充分地經(jīng)歷科學探究的過程，對于培養(yǎng)學生分析處理問題的能力、形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度有著重要的作用.由于學生已經(jīng)有了一定的科學探究的經(jīng)歷和體驗，因此教師只需要通過簡單的有效提問進行引導，而將大部分時間交給學生自主探究.在實驗細節(jié)的處理上，學生用定滑輪提升物體，彈簧測力計需要向下拉；用動滑輪提升物體，為了測量所用的力，彈簧測力計是豎直向上拉.從實驗操作規(guī)范角度來看，使用彈簧測力計時通常需要豎直向上拉動.用定滑輪提升物體的操作與實驗規(guī)范出現(xiàn)了矛盾.因此，在這里采用力的傳感器，不再用彈簧的伸長量來反映拉力的大小，就避免了不能豎直向下拉動測力計的問題.

（四）深入分析得出實質(zhì)

提出問題：我們之前學習了杠桿既能省力，又能改變力的方向，為什么還要使用滑輪呢？滑輪和杠桿相比有什么優(yōu)點呢？

觀察實驗：教師首先展示利用一根等臂杠桿來提升重物.在這個過程中發(fā)現(xiàn)，由于杠桿為“一”字形，在長度和轉(zhuǎn)動的限制下，重物只能被提升有限的高度.進而提出對裝置的改進，在原有杠桿的基礎(chǔ)上在垂直方向增加一個杠桿，形成一個“十”字形.發(fā)現(xiàn)當?shù)谝桓軛U轉(zhuǎn)動到極限時，第二根杠桿可以進一步完成對重物的提升；第二根杠桿轉(zhuǎn)動到極限時，第一根杠桿可以繼續(xù)提升重物.為了讓重物提升得更加連貫，可以繼續(xù)增加杠桿的數(shù)量，比如三根杠桿，以“*”形狀固定.通過不斷增加杠桿的數(shù)量（教師利用動畫展示多根杠桿固定，共同提升重物的效果），引導學生，得到定滑輪的實質(zhì).并據(jù)此拓展，請學生自主分析動滑輪的實質(zhì).

【設(shè)計意圖】本節(jié)課的難點在于，如何突破滑輪的實質(zhì)是不同類型的杠桿這一問題.這里依次利用一根、兩根、三根等臂杠桿組合加以對比，并結(jié)合動畫，得到了定滑輪的實質(zhì)為等臂杠桿，形象生動，對學生沖擊力大，起到了很好的演示作用.

（五）聯(lián)系生活學以致用

請學生聯(lián)系生活實際，說出常見的利用定滑輪、動滑輪的例子.

【設(shè)計意圖】將物理知識遷移到生活當中，解釋生活中的現(xiàn)象，學以致用.

（六）課堂小結(jié)構(gòu)建體系

今天我們一起了解了另外一種簡單的機械——滑輪.通過實驗探究我們得到，定滑輪實質(zhì)上是等臂杠桿，可以改變力的方向，但卻不能省力、省距離；動滑輪實質(zhì)上是動力臂∶阻力臂等于2∶1的省力杠桿，所以能省一半的力，但卻多費1倍距離，不能改變力的方向.

三、教后反思

課堂，是學生學習知識的主要場所，而教師在課堂活動中充當主導的角色.如何能在有限的時間內(nèi)，帶領(lǐng)學生一起進行知識的高效學習就顯得尤為重要.教師在課堂上一個不經(jīng)意的細節(jié)動作，一句簡單的話語，看似微不足道，但卻有著“四兩撥千斤”的神奇力量.在本節(jié)課中，筆者在新課的引入、讓學生利用滑輪演示提升物體、實驗探究等環(huán)節(jié)中均有對細節(jié)的把握和處理，對課堂效率的提升有一定的幫助.

物理作為一門實驗科學，有助于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力和動手操作能力.因此，在本節(jié)課中，筆者側(cè)重科學探究，從而鍛煉學生嚴密的邏輯思維，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，并且通過多組演示實驗，將復雜的物理問題形象化、具體化，加深學生體驗，便于學生從感性認識回歸到理性認識，從而實現(xiàn)教學目標.