资源简介

实验教学设计
实验课名称 探究杠杆的平衡条件
学科类别 请在确认的学科上划“√” □小学数学 □小学科学 □小学信息科技 □小学跨学科实践活动 □初中数学 初中物理 □初中化学 □初中生物学 □初中地理 □初中信息科技 □初中跨学科实践活动 □高中数学 □高中物理 □高中化学 □高中生物学 □高中地理 □高中信息技术 □高中通用技术 □高中跨学科实践活动
实验类别 □课标原型实验 课标实验的简单变式实验 □基于真实问题情境的实验 □跨学科实验
实验教学 素养目标 物理观念：通过实验知道杠杆平衡的影响因素力和力臂，进一步实验探究杠杆平衡时力和力臂的定量关系，并能用杠杆的平衡条件解决实际问题。 科学思维： 学会在实验中构建物理概念，深化对于规律的理解，逐步学会透过现象认识事物本质的方法，培养学生观察能力和用科学的方法解决问题的能力。 能根据实验数据通过归纳推理获得探究结论，形成结论并作出解释。 科学探究：通过实验探究，逐步得出杠杆的平衡条件。 科学态度与责任： （1）在实验中使学生具有注意实验安全问题的意识。 （2）通过探究杠杆的平衡条件，使学生勇于并乐于参与科学探究，增进交流与合作的意识，加强学生之间的相互协作精神。 （3）培养学生判断实验数据是否合理、有效的意识；能对实验进行反思、评估，提出改进意见，从而具有严谨、实事求是的科学态度。
实验资源 实验工具：胡萝卜、细线、刻刀、手套、托盘天平、铁架台、自制杠杆、钩码、铅笔、直尺、导学案等； 实验数据： 探究一：影响杠杆平衡的因素有哪些？ 活动1 学生分组实验——利用杠杆平衡平分胡萝卜 将处于水平平衡的胡萝卜从悬挂点一分为二放在托盘天平上比较质量，发现两部分质量不相等。 活动2 教师演示实验——探究杠杆平衡寻找悬挂点 ①分别将合适数量的钩码悬挂在自制杠杆两侧，使杠杆保持水平平衡。 ②将左侧钩码分别悬挂在水平轴其他作用点、垂直于水平轴的垂线上以及以支点为圆心的圆左侧位置，观察杠杆在哪些位置可以平衡，引出力臂概念。 探究二：力与力臂满足什么条件时，杠杆平衡？ ①装配实验装置。在挂上钩码前调节杠杆两端的平衡螺母，将杠杆调至水平位置平衡。 ②在杠杆支点两侧悬挂不同个数的钩码，它们对杠杆的作用力分别为动力F1、阻力F2。移动钩码的悬挂位置，使杠杆在水平位置重新平衡，在表格中记录此时杠杆两侧所受作用力的大小、动力臂L1和阻力臂L2。 ③改变动力F1和动力臂L1的大小，并将数值记录在表中。探究三：杠杆倾斜平衡是否仍然满足杠杆平衡条件？ 若杠杆在倾斜位置可以保持平衡，试通过打点连线的方法作出力的示意图，作出力臂后，用直尺测量出力臂，并将数值记录在表中。
实验设计与 创新点 探究一：影响杠杆的平衡因素有哪些？ 活动1 学生分组实验——利用杠杆平衡平分胡萝卜 将处于水平平衡的胡萝卜从悬挂点一分为二放在托盘天平上比较质量，将质量关系转化为重力关系，作出两部分重力的示意图。要求学生小组合作，使用刻刀同学需戴上手套。注意操作安全 学生发现无发现两部分重力不相等，得出结论：影响杠杆平衡的因素是力的大小。 设计意图：学生受到二力平衡学习的定势影响，可能认为杠杆平衡时两边力的大小相等，分萝卜的实验设计通过直观比较让学生认识到力不仅会影响杠杆的平衡，而且杠杆平衡时两边力的大小可以不相等，引发学生进一步思考并尝试用杠杆平衡条件解释这一现象。 活动2 教师演示实验——探究杠杆平衡寻找悬挂点 设计意图：学生根据已有的生活经验，往往会认为影响杠杆平衡的是力的作用点位置。先通过杆秤的平衡，引导学生沿着力的作用点的方向去猜想，再通过自制杠杆力的作用点的巧妙设计，使学生产生认知冲突——为什么有些作用点改变，但是杠杆仍然保持平衡？进而寻找其共同点——保持了支点到力的作用线相同，顺势定义力臂，使学生认识到影响杠杆平衡的是力臂，学会力臂的作法，分辨力臂和支点到力的作用点的距离的区别，培养学生对实验观察、总结的能力。 探究二：力和力臂满足什么条件时，杠杆平衡？ 引导学生思考杠杆调节在什么位置时有利于力臂的测量，实验时需要多次改变钩码数量和悬挂位置，多测几组实验数据，并如实准确地记录。 设计意图：实验数据的分析是本实验的重点，要引导学生对数据进行对比分析，从而得出结论，培养学生分析处理数据的能力。同时，实验中要注意培养学生的科学态度和实事求是的精神。对未能通过实验得出结论的学生，要引导其分析实验过程，找出问题所在或误差过大的原因。 探究三：杠杆倾斜平衡是否仍然满足平衡条件？ 学生对探究二进行实验评估时，找出其不足之处——未对杠杆处于倾斜状态平衡时的条件进行探究，进而无法证明动力×动力臂=阻力×阻力臂为杠杆平衡的普适条件，再引导学生利用已有知识作出倾斜平衡下力和力臂的示意图，从而验证杠杆平衡条件的普适性。 设计意图：学生在探究杠杆的平衡条件时，水平位置平衡较为特殊，学生难免会有疑虑，杠杆的平衡条件是否具有普适性？ 引导学生经历对实验评估——反思——质疑——验证的过程，学生深度学习，体会实验的乐趣，发扬学生的质疑和探索精神。 另一方面，学生掌握力臂的定义，但能否能够正确作出并测量力臂仍然存疑，通过实践操作加深学生对于概念的理解，真正做到学以致用。 实验创新点 促进核心素养发展，指向深度学习 核心素养要求实验要体现物理课程实践性的特点，培养学生的实验能力、学会学习和合作以及严谨认真、实事求是的科学态度。本节课的实验设计经历猜想——验证——反思——再验证的过程，使学生在直观现象中感知事物、在认知冲突中深化理解、在多次实验中严谨证明、在交流质疑中寻求真理，实现从生活走向物理的深度学习。 重组教学内容，合理编排实验 课程内容按照认识杠杆及五要素——探究杠杆的平衡条件——运用杠杆的平衡条件解决实际问题的思路设计。本节课实验设计区别在于：考虑到学生已经学习过二力平衡，通过对比、结合杠杆使用时的特点，先明确杠杆平衡的概念；再通过探究一使学生明确学习力和力臂的原因——它们均是影响杠杆平衡的因素，对杠杆平衡进行定性的分析；接着水到渠成的探究杠杆平衡时力和力臂的定量关系，由浅入深、由定性到定量、遵循学生身心发展的特点。 自制教具 本节课采用的自制教具制作简单、主体为PVC白板，悬挂点为螺丝，材料环保可重复使用。对比传统杠杆器材，优点在于解决了力臂的定义、杠杆倾斜时平衡条件等问题；在杠杆倾斜时平衡条件实验中，不仅可以用于探究猜想，同时锻炼了学生力臂的作法、熟悉了刻度尺的使用，真正做到辅助教学，一杆多用。 交流展示汇报，实现信息技术与教学融合 实验过程中，教师采用拍照上传的技术手段，将学生实验的数据进行展示和汇报，使学生之间做到快速分享实验结果，完成交流评估。
实验教学 过程 导入 出示杆秤，说明其使用方法，引导学生定义杠杆。 总结：可以绕固定点转动的一根硬棒称为杠杆。 通过调节杆秤的秤砣的位置，使杆秤由松手后加速转动到静止。 定义：我们把杠杆在力的作用下，处于静止或匀速转动的状态称为杠杆的平衡状态。 二、实验探究 探究一：影响杠杆的平衡因素有哪些？ 活动1学生分组实验——利用杠杆平衡平分胡萝卜 【学生通过托盘天平发现两部分胡萝卜质量不相等，将质量转化为重力可知——力的大小会影响杠杆的平衡】 想一想：使用杆秤时如果秤砣在某一位置，杆秤平衡了；当移动秤砣到其他位置，杆秤还能平衡吗？说明杠杆平衡可能与什么有关 【不能平衡，说明杠杆平衡可能和力的作用点有关】 活动2 教师演示实验——探究杠杆平衡寻找悬挂点 预设难点突破：力臂的定义及作法。 想一想：为什么有些力的作用点改变了，杠杆仍然平衡？这些作用点保持了什么量不变？说明了什么？ 【这些作用点保持了固定点到力的作用线的距离不变，在物理学中称为力臂，说明了力臂会影响杠杆的平衡】 定义杠杆的五要素。 想一想：跷跷板不平衡时，通过移动位置或改变人数可以让它平衡，力和力臂满足什么条件时，杠杆平衡？ 探究二：力和力臂满足什么条件时，杠杆平衡？ 【猜想、验证、结论】 想一想：只研究杠杆在水平位置的平衡，得出结论是否具有普适性？ 探究三：杠杆倾斜平衡是否仍然满足杠杆平衡条件？ 【猜想、验证、结论】 三、学以致用 试证明分萝卜的实验中为什么短粗的一端质量大，细长的一端质量小？ 【在导学案中试通过杠杆平衡的条件证明】 课堂小结 总结本节课收获【知识+方法】
教学反思 首尾呼应，实现闭环教学 在引入环节使用了古老的、至今仍在少量使用的杆秤，激发学生学习兴趣的，最后的实践作业围绕杆秤开展，提升学生的操作与实践能力、增强学会合作的意识、培养民族自豪感。 在分萝卜的实验中，通过质量比较得出力的大小会影响杠杆的平衡，引发学生进一步思考短粗一端质量大的原因，并尝试用杠杆平衡条件证明，深化学生认知。 猜想验证，思维走向深刻 引导学生在实验的各个环节提出合理的猜想，猜想正确与否都给予学生鼓励，实验设计通过不断地评估交流，引导学生进一步的思考，使学生逐步的、由浅入深的理解杠杆的平衡条件。 学以致用，物理联系生活 引导学生运用杠杆的平衡条件解析分萝卜实验遗留的问题、说明杆秤的原理及使用方法、尝试自己制作兼具艺术性和实用性的杠杆，真正实现学以致用，强调物理学的实践性。 反思不足 让学生多实验、多实践，培养学生学习物理的积极性。
实践作业 学：查阅古代资料，体会杠杆在古代生产生活中的智慧。 思：查阅资料，了解杆秤的结构和使用方法，试说明其工作原理。 行：小组合作，设计并制作一把兼具艺术性和实用性的杆秤。

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