摘 要：杠桿的教學(xué)一直是初中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，如何創(chuàng)新教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，是每個(gè)物理教師需要思考和關(guān)注的問(wèn)題。文章從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，運(yùn)用創(chuàng)新教具的方式引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，深度學(xué)習(xí)，從更直觀更有趣的角度掌握杠桿知識(shí)，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);杠桿原理;課堂引入;教學(xué)過(guò)程

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-3561（2020）19-0095-02

“深度學(xué)習(xí)”是指學(xué)生基于教師預(yù)設(shè)的專業(yè)方案經(jīng)歷有指導(dǎo)、有挑戰(zhàn)、高投入、高認(rèn)知，并獲得意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)理解，具有聯(lián)想與建構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價(jià)值與評(píng)價(jià)等特征，其目的是指向人的全面發(fā)展，是形成學(xué)生核心素養(yǎng)的基本途徑。初中物理“杠桿”一節(jié)，教師常直接拋出力臂概念，這樣的方式不符合知識(shí)的螺旋結(jié)構(gòu)特征，學(xué)生被動(dòng)接受“力臂”概念，沒有觸及“力臂”的本質(zhì)概念，在遇到涉及“力臂”的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，往往不能正確利用力臂概念解決實(shí)際問(wèn)題，找準(zhǔn)力臂。

筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生常常認(rèn)為力臂是“支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離”，但實(shí)際上力臂定義為“支點(diǎn)到力的作用線的距離”。對(duì)此筆者自制了一個(gè)教具（此教具在2018年江蘇省初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新評(píng)比中獲得省級(jí)二等獎(jiǎng)），讓學(xué)生在操作和親身體驗(yàn)中真正感受力臂的本質(zhì)含義。

該教具主體是一個(gè)直徑為40 cm的透明圓盤（如圖1），在圓心O處鉆孔，中心需要穿過(guò)一個(gè)鐵制轉(zhuǎn)軸，所以孔的半徑必須略大于鐵質(zhì)轉(zhuǎn)軸的半徑，以確保能讓圓盤以O(shè)點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸順利地自由旋轉(zhuǎn)起來(lái)，A點(diǎn)距離圓心O是8 cm，連接OA，并延長(zhǎng)成為一條直徑，而B點(diǎn)與G點(diǎn)都在這條直線上，OB=OG=26 cm。過(guò)A點(diǎn)作一條垂直于OA的直線，點(diǎn)C、D、E、F是該垂線上的任意點(diǎn)。確定好圓盤各點(diǎn)以后，便將每個(gè)點(diǎn)做好標(biāo)記，以便之后打孔。整個(gè)圓盤采用塑料板制成，在板上所有畫點(diǎn)的地方打上孔，孔的大小確保能夠放入掛鉤，每個(gè)掛鉤的質(zhì)量須保持一致，以保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。最后為了增加可視性和美觀性，在塑料板做的圓盤表面覆蓋上一層白紙，用黑色記號(hào)筆標(biāo)出各點(diǎn)以及如圖1所示的三條虛線，兩條為圓盤的直徑，另外一條為力的作用線。在圓心處穿過(guò)一個(gè)長(zhǎng)柄螺絲作為轉(zhuǎn)軸，并用螺片與螺母前后固定圓盤，使其旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)左右擺動(dòng)。將轉(zhuǎn)軸放置于自制的鐵架臺(tái)上，鐵架臺(tái)高度至少大于圓盤的半徑，同時(shí)也需要一定的寬度，這樣圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)既不會(huì)觸碰地面，也不會(huì)讓掛鉤觸碰到鐵架臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)前，首先要啟發(fā)學(xué)生，圓盤也是一個(gè)杠桿。它同樣具有杠桿的五個(gè)要素，當(dāng)圓盤作為杠桿時(shí)，它的支點(diǎn)就是O點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)分為以下幾個(gè)步驟：

第一步，在B點(diǎn)處豎直懸掛100 g的砝碼，讓學(xué)生自己在G點(diǎn)處懸掛砝碼，如果將B點(diǎn)處的鉤碼重力看作動(dòng)力的話，那么在G點(diǎn)處的鉤碼應(yīng)該就是阻力。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)在G點(diǎn)處掛的鉤碼大于100 g或者小于100 g都會(huì)讓圓盤旋轉(zhuǎn)起來(lái)。由此可以讓學(xué)生明白，如果掛上鉤碼圓盤靜止，說(shuō)明杠桿處在平衡轉(zhuǎn)態(tài)，如果杠桿旋轉(zhuǎn)，則杠桿處于非平衡狀態(tài)，學(xué)生初步認(rèn)識(shí)到圓盤杠桿的工作原理。

第二步，根據(jù)所學(xué)杠桿的平衡條件，學(xué)生能很容易回答出，如果在G點(diǎn)處懸掛一個(gè)100 g的鉤碼，圓盤將不再旋轉(zhuǎn)（杠桿平衡），此時(shí)如果提問(wèn)：動(dòng)力臂與阻力臂是什么？學(xué)生可以立刻在圓盤上讀出動(dòng)力臂與阻力臂分別為OB與OG。

第三步，將鉤碼從OB換到OA，由于動(dòng)力臂變?yōu)樵瓉?lái)的二分之一，那么根據(jù)杠桿的平衡條件，動(dòng)力需要變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，當(dāng)A處掛上200 g的鉤碼時(shí)，杠桿平衡，學(xué)生能快速回答出此時(shí)的動(dòng)力臂為OA。

第四步，提問(wèn)：如果將A點(diǎn)的200 g砝碼掛到C、D、E、F處，杠桿還能保持平衡嗎？由于之前關(guān)于力臂的概念掌握不牢固，有些學(xué)生會(huì)認(rèn)為圓盤會(huì)旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)證明圓盤并有旋轉(zhuǎn)。這時(shí)再提問(wèn)，鉤碼掛在C、D、E、F時(shí)的力臂長(zhǎng)短與鉤碼在A時(shí)的長(zhǎng)短有沒有區(qū)別？因?yàn)槊黠@的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生會(huì)明白鉤碼掛在A、C、D、E、F時(shí)，力臂的長(zhǎng)短是一樣的，即能夠明白力臂其實(shí)是支點(diǎn)到鉤碼重力作用線的距離。

在制作此教具過(guò)程中，筆者也遇到許多問(wèn)題，并積極尋找解決方法。第一，雖然每個(gè)掛鉤的質(zhì)量是一樣的，但是由于圓盤兩側(cè)裝的掛鉤數(shù)量不同，所以掛鉤上不放任何鉤碼時(shí)沒有辦法在圖1所示的情況下保持平衡狀態(tài)，所以筆者在G點(diǎn)背面粘了幾個(gè)螺母用來(lái)平衡圓盤另一側(cè)掛鉤的重力。第二，由于圓盤自身重力較大，轉(zhuǎn)軸對(duì)于鐵架臺(tái)的壓力也較大，由此帶來(lái)的系統(tǒng)摩擦力會(huì)變得很大。當(dāng)杠桿兩端已經(jīng)滿足杠桿平衡條件時(shí)，杠桿是傾斜的，無(wú)法在正確的位置保持平衡狀態(tài)。所以筆者把長(zhǎng)柄螺絲（轉(zhuǎn)軸）兩側(cè)的螺紋用機(jī)械磨成光滑的，減小整個(gè)裝置的摩擦力。第三，因?yàn)閳A盤較小，所以直接在E處掛鉤碼可能會(huì)讓鉤碼觸碰到下方A處的掛鉤，導(dǎo)致鉤碼是傾斜的，改變了力臂的大小，為此下方需要懸掛多個(gè)鉤碼，那么可以用線將掛鉤與鉤碼系在一起，從而避免這一問(wèn)題。

由于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)是非常感興趣的，所以課堂反饋也很積極，同樣也產(chǎn)生了許多知識(shí)遷移。第一，學(xué)生一致認(rèn)為圓盤狀的杠桿很新穎，在學(xué)生的前概念中，總是認(rèn)為杠桿只是一個(gè)硬棒，現(xiàn)在竟然還能構(gòu)造成一個(gè)圓盤。學(xué)生特別喜歡在測(cè)試前轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，并且討論圓盤的平衡狀態(tài)是怎么樣的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第二，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)在教具兩邊不懸掛任何物體的情況下，轉(zhuǎn)盤一定會(huì)回到某一位置，對(duì)此有的學(xué)生認(rèn)為這是因?yàn)檗D(zhuǎn)盤的質(zhì)量分布不均勻，有的學(xué)生認(rèn)為是左右兩側(cè)掛鉤的重力讓圓盤只有在某一位置才滿足杠桿的平衡條件。當(dāng)然學(xué)生的說(shuō)法都有一定的道理，從不同的角度出發(fā)，所得到的猜想也是不相同的。第三，接著第二點(diǎn)，有的學(xué)生就發(fā)現(xiàn)了圓盤背后的螺母片，由此提出問(wèn)題：螺母片的質(zhì)量是多少呢？對(duì)此，學(xué)生動(dòng)手把圓盤上所有的掛鉤卸下來(lái)測(cè)量質(zhì)量，根據(jù)杠桿的平衡條件，計(jì)算出螺母片的質(zhì)量。

這種猜想和計(jì)算是很有意義的。學(xué)生能通過(guò)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)裝置，自己動(dòng)手操作，仔細(xì)體會(huì)教具的每個(gè)細(xì)節(jié)，豐富學(xué)習(xí)經(jīng)歷，產(chǎn)生反思性、批判性思維，提升學(xué)習(xí)的畫面感和成就感。這表明只要教師開動(dòng)腦筋，學(xué)生的深度學(xué)習(xí)是可以引導(dǎo)的，可操作的，也是有效果的。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤小平.學(xué)歷案與深度學(xué)習(xí)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

[2]郭元祥.論深度教學(xué)：源起、基礎(chǔ)與理念[J].教育研究與實(shí)驗(yàn)，2017（03）.

作者簡(jiǎn)介：施俊濤（1996-），男，江蘇蘇州人，中學(xué)二級(jí)教師，從事物理教學(xué)與研究。