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物理概念是客观的物理现象和物理过程的本质属性在人们头脑中的反映,是物理思维的有力工具.物理思维有很多方式,但最重要的还是物理概念.深刻的物理概念可以大大的节约思维成本,帮住学生快速而准确的理解物理现象和规律.但笔者在物理教学过程中发现,要让学生形成深刻的物理概念并非易事.物理概念的形成不能单靠简单的记忆来获得,它是一种对物理现象和过程的慨括,是一种复杂的、真正的思维活动,在这个过程中需要注意、记忆、抽象、比较、区分等一系列功能的参与.
学生通过教师的授课在第一次掌握与一定意义相联系的物理概念时,概念的发展其实并没有结束,而且仅仅是开始,随着学习的深入,学生便可以从简单类型的慨括转向越来越高级的慨括,最终形成真正的概念来完成这个过程.
本文以2013年版江苏教育出版社九年级物理上,第十一章《简单机械和功》第一节《杠杆》为例,谈谈这节课中物理概念的形成.
仔细分析这节课对知识点的要求是:
(1)知道什么是杠杆.
(2)理解力臂的概念,会画杠杆的力臂.
(3)理解杠杆的平衡条件,能通过实验探究总结杠杆的平衡条件,会用杠杆的平衡条件解题.
(4)了解杠杆的应用,能对杠杆进行分类,并了解分类的原则.
这4条中,除了第1条是杠杆的概念外,其它的都是杠杆的特点和运用.教学其实围绕着杠杆的特点和运用在进行.只有理解了杠杆的特点,才能真正掌握杠杆的概念.
学情分析 杠杆是生活中常见的简单机械,学生每天都在接触剪刀、指甲剪、夹子、瓶起子等工具,但他们仅仅只是会使用,不知道这些工具的名称统称为杠杆,也没有深入了解过这些工具的特点.
明确了学习要求和学生的学情分析,下面开始授课:
书上一开始就让学生开展活动(如图1所示):用各种各样的工具,老虎钳、羊角锤、螺丝刀拔钉子,让学生议一议,哪种方法最方便.然后让学生说出这些工具的共同点,抽象出杠杆的定义:在力的作用下绕固定点转动的硬棒叫做杠杆.
笔者感觉这个活动效果不好:学生很容易被这些工具本身的功能所吸引,而不会去思考这些工具的特点.教材的设计意 图是通过这些工具的共同点抽象出杠杆的定义,可是这样的意图根本实现不了.这些工具外形各异,其中老虎钳还是由两个杠杆组成的,在初学时,学生更容易被这些工具的功能和外形所迷惑,很难抽象出它们的共同点.即使教师勉强给出了杠杆的概念学生也很难理解.
可以换种方式,用讲故事的方式来引入新课:
中国和埃及都是文明古国,中国的长城和埃及的金字塔都是闻名于世的古代建筑,人们赞叹这些雄伟建筑的同时,也产生疑问,建造这些建筑的石块有的重达几十吨,这么重的石块,在当时没有起重机和大吊车这些现代化工具的条件下,是怎么搭建上去的呢?
这样的提问可以激发学生的探究兴趣.
然后直接告诉学生,这是利用简单的棍棒——“杠杆”创造的奇迹.(如图2所示)
这里把“杠杆”这个名词直接给予学生,让学生知道“杠杆”是可以来搬运大石块的,是可以创造奇迹的.学生第一次接触“杠杆”这个名词,这个名词对于学生来说,只是一种简单的概括,随着后面学习的深入,学生对杠杆的理解会越来越深刻,现在直接给予学生“杠杆”这个名词,让“杠杆”这个名词成为后面学习杠杆特点的工具.
教学的第二步,为了了解杠杆作用,首先要熟悉与杠杆有关的名词:支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂.这五个名词的教学,书上是以螺丝刀撬图钉为例,直接给出这5个与杠杆有关名词的定义.
维果茨基认为,“教学经验和理论研究告诉我们,直接教授概念实际上是不可能的,在教学上是无效的.试图走这条路的老师一般是除了使学生掌握空洞的词语、空洞的语言表达外什么也达不到……,在这种情况下学生掌握的不是概念,而是词语,多数是用记忆取得,而不是用思考掌握的,最终要有理解的使用所掌握的知识时便常常无所适从.”
概念或词义的发展过程,要求发展一系列的功能,其中有随意注意、逻辑记忆、抽象、比较和区别,而所有这些复杂的心理过程是不能单靠记忆获得的,不能简单的记诵、掌握.
学生在以往的经验中没有“力臂、动力、阻力”这些名词的知识背景,让学生如何理解“从支点到动力作用线的距离就是动力臂”、“从支点到阻力作用线的距离就是阻力臂”这些力臂的概念?学生无法从以往的经验存储中提取有用的信息和当前感知的信息发生有意义的建构,所以即使把这些名词概念背下来也是死记硬背,很容易遗忘.
为了改善这种情况,这一步的教学流程可以稍加改变.可以先上杠杆的平衡条件的实验课,通过这节实验课来填充学生缺失的经验.
具体做法是:
首先,可以先出示学生们小时候都玩过的跷跷板(如图3所示),问:大人和小孩玩跷跷板如何能玩得起来使跷跷板保持平衡?
学生根据生活经验都会说让大人往跷跷板前面移动,离中点近一点,小孩往后移动,离跷跷板中点远一点.学生有实际的经验,这样的问题都能回答.
然后,出示实验室里的跷跷板——杠杆(如图4所示),让学生实验:在两端挂上不同重量的钩码,模拟玩跷跷板的大人和小孩,移动钩码的位置,使杠杆能够在水平位置保持平衡.
这样的教学设计,学生肯定兴趣盎然,一番动手探索后,学生都可以成功地使杠杆平衡.
在此基础上,教师再提问:你觉得影响跷跷板——杠杆平衡的因素是什么?学生在实验的基础上,可以回答出影响杠杆平衡的因素:一是钩码的重量;二是钩码到中点的距离.教学进行到这一步,就可以名正言顺地给这两个关键因素命名,两端钩码的重量分别叫做:动力和阻力.钩码到支点的距离就命名为:力臂,当然还需要强调力臂的正确画法,是从支点到动力或阻力作用线的距离.
这样的实验教学,符合学生的认知规律,调动了学生的有随意注意、逻辑记忆、抽象、比较和区别等一系列心理功能,可以建构起有意义的动力、阻力和动力臂、阻力臂的概念,为下面了解杠杆教学打下良好的基础. 学生在这个实验中,第一次接触力臂的概念,学习要求是理解力臂,会画出力臂.学生第一次接触,对于力臂的理解也比较简单,也只会画有限的几种力臂,随着以后画力臂的变式练习,才能逐渐理解加深.
在这个实验中学生也能总结出杠杆的平衡条件:动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂,即:F1L1=F2L2,当然这个结论虽然是学生自己总结的,但也只是和实验情境有联系的一个简单的概括,通过后续不断的计算练习,理解才能加深.
教学的第三步是杠杆的分类教学,书上是直接通过杠杆原理(F1L1=F2L2 )分析:由于动力臂大于阻力臂,因此动力小于阻力,这类杠杆称为省力杠杆;如果动力臂小于阻力臂,若杠杆平衡,动力就必须小于阻力,这类杠杆就是费力杠杆;还有一类杠杆其动力臂等于阻力臂,这类杠杆就是等臂杠杆.
然后,给出一系列的常用杠杆,如:天平、独轮车、扫把、筷子、船桨等,让学生来分类,这样教授杠杆的分类比较生硬,不符合学生认知的规律,学生的掌握情况不好.维果茨基认为:为了使概念的形成得以进行,必须呈现一个不能解决的问题,除非通过形成新的概念,否则这个问题无法解决.
维果茨基这个表述对于概念教学的启发非常大,杠杆分类的教学可以这样来改进:先出示这样两张图片(如图5所示),提问:为什么利用撬棒可以撬起你搬不动的大石块?为什么羊角锤可以很容易拔起钉子?
这样的提问可以激发学生思考.这些工具学生在日常生活中都用过,但在使用的过程中,一般不会想到老师提的问题.然后教师引导学生在图上画出学过的杠杆的5个名词:支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂(如图6所示).发现这类杠杆的共同特点是动力臂大于阻力臂.再从杠杆原理(F1L1=F2L2 )分析,因为动力臂大于阻力臂,所以动力小于阻力,所以这类杠杆就称为省力杠杆.
同样的道理,如果动力臂小于阻力臂,那么动力大于阻力,这样的杠杆称为费力杠杆.对于费力杠杆教师同样可以提问:费力杠杆既然费力,为什么人们还要用它?激发学生思考费力杠杆还有什么特点,人们为什么要使用它?
在这里可以以船桨和钓鱼竿为例(如图7所示),让学生回忆他们的使用特点,必要时,教师可以现场模拟演示,引导学生发现:费力杠杆虽然费力,但节省移动距离,手的一端只要移动很少的距离,另一端可以移动很大的距离,从而得到费力杠杆虽然费力,但有节省距离的好处.
等臂杠杆比较简单,可以让学生自己去分析它的特点.
这样讲完杠杆的分类后,最后再给出一系列不同的杠杆,让学生进行分类.
这样的教学,符合学生的认知规律,调动了学生的注意、记忆、抽象、比较和区别等一系列心理功能,可以建构起有意义的省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆的分类.而且可以进一步加深对前面力臂、杠杆的平衡条件的理解.
授课至此,新课已经结束,但学生真的对杠杆的概念理解了吗?短短两节课的时间,学生是不可能真正完全理解杠杆的概念.出一个在陌生情境中利用杠杆知识来解的题目,很多学生可能还是不会做.学生掌握的只是笔者课上讲过的例题、情境相联系的杠杆概念,这是一种简单的杠杆概念.随着以后杠杆变式练习的增多,学生便可以从简单的概括转向越来越高级的复杂的慨括,最终以形成真正的杠杆概念来完成这个过程.当然,也有部分学生可能对于杠杆概念只能达到复合思维的程度,达不到真正的概念程度.
学生通过教师的授课在第一次掌握与一定意义相联系的物理概念时,概念的发展其实并没有结束,而且仅仅是开始,随着学习的深入,学生便可以从简单类型的慨括转向越来越高级的慨括,最终形成真正的概念来完成这个过程.
本文以2013年版江苏教育出版社九年级物理上,第十一章《简单机械和功》第一节《杠杆》为例,谈谈这节课中物理概念的形成.
仔细分析这节课对知识点的要求是:
(1)知道什么是杠杆.
(2)理解力臂的概念,会画杠杆的力臂.
(3)理解杠杆的平衡条件,能通过实验探究总结杠杆的平衡条件,会用杠杆的平衡条件解题.
(4)了解杠杆的应用,能对杠杆进行分类,并了解分类的原则.
这4条中,除了第1条是杠杆的概念外,其它的都是杠杆的特点和运用.教学其实围绕着杠杆的特点和运用在进行.只有理解了杠杆的特点,才能真正掌握杠杆的概念.
学情分析 杠杆是生活中常见的简单机械,学生每天都在接触剪刀、指甲剪、夹子、瓶起子等工具,但他们仅仅只是会使用,不知道这些工具的名称统称为杠杆,也没有深入了解过这些工具的特点.
明确了学习要求和学生的学情分析,下面开始授课:
书上一开始就让学生开展活动(如图1所示):用各种各样的工具,老虎钳、羊角锤、螺丝刀拔钉子,让学生议一议,哪种方法最方便.然后让学生说出这些工具的共同点,抽象出杠杆的定义:在力的作用下绕固定点转动的硬棒叫做杠杆.
笔者感觉这个活动效果不好:学生很容易被这些工具本身的功能所吸引,而不会去思考这些工具的特点.教材的设计意 图是通过这些工具的共同点抽象出杠杆的定义,可是这样的意图根本实现不了.这些工具外形各异,其中老虎钳还是由两个杠杆组成的,在初学时,学生更容易被这些工具的功能和外形所迷惑,很难抽象出它们的共同点.即使教师勉强给出了杠杆的概念学生也很难理解.
可以换种方式,用讲故事的方式来引入新课:
中国和埃及都是文明古国,中国的长城和埃及的金字塔都是闻名于世的古代建筑,人们赞叹这些雄伟建筑的同时,也产生疑问,建造这些建筑的石块有的重达几十吨,这么重的石块,在当时没有起重机和大吊车这些现代化工具的条件下,是怎么搭建上去的呢?
这样的提问可以激发学生的探究兴趣.
然后直接告诉学生,这是利用简单的棍棒——“杠杆”创造的奇迹.(如图2所示)
这里把“杠杆”这个名词直接给予学生,让学生知道“杠杆”是可以来搬运大石块的,是可以创造奇迹的.学生第一次接触“杠杆”这个名词,这个名词对于学生来说,只是一种简单的概括,随着后面学习的深入,学生对杠杆的理解会越来越深刻,现在直接给予学生“杠杆”这个名词,让“杠杆”这个名词成为后面学习杠杆特点的工具.
教学的第二步,为了了解杠杆作用,首先要熟悉与杠杆有关的名词:支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂.这五个名词的教学,书上是以螺丝刀撬图钉为例,直接给出这5个与杠杆有关名词的定义.
维果茨基认为,“教学经验和理论研究告诉我们,直接教授概念实际上是不可能的,在教学上是无效的.试图走这条路的老师一般是除了使学生掌握空洞的词语、空洞的语言表达外什么也达不到……,在这种情况下学生掌握的不是概念,而是词语,多数是用记忆取得,而不是用思考掌握的,最终要有理解的使用所掌握的知识时便常常无所适从.”
概念或词义的发展过程,要求发展一系列的功能,其中有随意注意、逻辑记忆、抽象、比较和区别,而所有这些复杂的心理过程是不能单靠记忆获得的,不能简单的记诵、掌握.
学生在以往的经验中没有“力臂、动力、阻力”这些名词的知识背景,让学生如何理解“从支点到动力作用线的距离就是动力臂”、“从支点到阻力作用线的距离就是阻力臂”这些力臂的概念?学生无法从以往的经验存储中提取有用的信息和当前感知的信息发生有意义的建构,所以即使把这些名词概念背下来也是死记硬背,很容易遗忘.
为了改善这种情况,这一步的教学流程可以稍加改变.可以先上杠杆的平衡条件的实验课,通过这节实验课来填充学生缺失的经验.
具体做法是:
首先,可以先出示学生们小时候都玩过的跷跷板(如图3所示),问:大人和小孩玩跷跷板如何能玩得起来使跷跷板保持平衡?
学生根据生活经验都会说让大人往跷跷板前面移动,离中点近一点,小孩往后移动,离跷跷板中点远一点.学生有实际的经验,这样的问题都能回答.
然后,出示实验室里的跷跷板——杠杆(如图4所示),让学生实验:在两端挂上不同重量的钩码,模拟玩跷跷板的大人和小孩,移动钩码的位置,使杠杆能够在水平位置保持平衡.
这样的教学设计,学生肯定兴趣盎然,一番动手探索后,学生都可以成功地使杠杆平衡.
在此基础上,教师再提问:你觉得影响跷跷板——杠杆平衡的因素是什么?学生在实验的基础上,可以回答出影响杠杆平衡的因素:一是钩码的重量;二是钩码到中点的距离.教学进行到这一步,就可以名正言顺地给这两个关键因素命名,两端钩码的重量分别叫做:动力和阻力.钩码到支点的距离就命名为:力臂,当然还需要强调力臂的正确画法,是从支点到动力或阻力作用线的距离.
这样的实验教学,符合学生的认知规律,调动了学生的有随意注意、逻辑记忆、抽象、比较和区别等一系列心理功能,可以建构起有意义的动力、阻力和动力臂、阻力臂的概念,为下面了解杠杆教学打下良好的基础. 学生在这个实验中,第一次接触力臂的概念,学习要求是理解力臂,会画出力臂.学生第一次接触,对于力臂的理解也比较简单,也只会画有限的几种力臂,随着以后画力臂的变式练习,才能逐渐理解加深.
在这个实验中学生也能总结出杠杆的平衡条件:动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂,即:F1L1=F2L2,当然这个结论虽然是学生自己总结的,但也只是和实验情境有联系的一个简单的概括,通过后续不断的计算练习,理解才能加深.
教学的第三步是杠杆的分类教学,书上是直接通过杠杆原理(F1L1=F2L2 )分析:由于动力臂大于阻力臂,因此动力小于阻力,这类杠杆称为省力杠杆;如果动力臂小于阻力臂,若杠杆平衡,动力就必须小于阻力,这类杠杆就是费力杠杆;还有一类杠杆其动力臂等于阻力臂,这类杠杆就是等臂杠杆.
然后,给出一系列的常用杠杆,如:天平、独轮车、扫把、筷子、船桨等,让学生来分类,这样教授杠杆的分类比较生硬,不符合学生认知的规律,学生的掌握情况不好.维果茨基认为:为了使概念的形成得以进行,必须呈现一个不能解决的问题,除非通过形成新的概念,否则这个问题无法解决.
维果茨基这个表述对于概念教学的启发非常大,杠杆分类的教学可以这样来改进:先出示这样两张图片(如图5所示),提问:为什么利用撬棒可以撬起你搬不动的大石块?为什么羊角锤可以很容易拔起钉子?
这样的提问可以激发学生思考.这些工具学生在日常生活中都用过,但在使用的过程中,一般不会想到老师提的问题.然后教师引导学生在图上画出学过的杠杆的5个名词:支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂(如图6所示).发现这类杠杆的共同特点是动力臂大于阻力臂.再从杠杆原理(F1L1=F2L2 )分析,因为动力臂大于阻力臂,所以动力小于阻力,所以这类杠杆就称为省力杠杆.
同样的道理,如果动力臂小于阻力臂,那么动力大于阻力,这样的杠杆称为费力杠杆.对于费力杠杆教师同样可以提问:费力杠杆既然费力,为什么人们还要用它?激发学生思考费力杠杆还有什么特点,人们为什么要使用它?
在这里可以以船桨和钓鱼竿为例(如图7所示),让学生回忆他们的使用特点,必要时,教师可以现场模拟演示,引导学生发现:费力杠杆虽然费力,但节省移动距离,手的一端只要移动很少的距离,另一端可以移动很大的距离,从而得到费力杠杆虽然费力,但有节省距离的好处.
等臂杠杆比较简单,可以让学生自己去分析它的特点.
这样讲完杠杆的分类后,最后再给出一系列不同的杠杆,让学生进行分类.
这样的教学,符合学生的认知规律,调动了学生的注意、记忆、抽象、比较和区别等一系列心理功能,可以建构起有意义的省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆的分类.而且可以进一步加深对前面力臂、杠杆的平衡条件的理解.
授课至此,新课已经结束,但学生真的对杠杆的概念理解了吗?短短两节课的时间,学生是不可能真正完全理解杠杆的概念.出一个在陌生情境中利用杠杆知识来解的题目,很多学生可能还是不会做.学生掌握的只是笔者课上讲过的例题、情境相联系的杠杆概念,这是一种简单的杠杆概念.随着以后杠杆变式练习的增多,学生便可以从简单的概括转向越来越高级的复杂的慨括,最终以形成真正的杠杆概念来完成这个过程.当然,也有部分学生可能对于杠杆概念只能达到复合思维的程度,达不到真正的概念程度.