洪从兵
《义务教育物理课程标准（2022 年版）》（以下简称“新课标”）明确要求，初中物理课程要帮助学生从物理学视角认识自然、解决相关问题，初步形成科学的自然观。初中物理概念的教学是落实这一要求的途径之一，在平时的教学中教师要重视概念的教学，强化概念的引入过程，让学生体验概念的生成过程。初中物理力臂概念的教学，前承杠杆概念的巩固，后启杠杆平衡条件、杠杆的应用等新知识的学习，是高中物理力矩教学的基础。因此，对力臂概念引入的教学进行深入的研究与分析，具有非常重要的意义。
人教版、苏科版物理教材在介绍了杠杆的定义后，直接给出了力臂的定义“支点到动力作用线的距离叫动力臂，支点到阻力作用线的距离叫阻力臂”，都缺少力臂对杠杆平衡作用介绍，更没有引入力臂这一概念的学习环节。
（图1）
教科版教材在介绍了杠杆的定义后，先介绍了动力、阻力的定义，设计了如图1 所示的“杠杆平衡”演示实验。图1（a）是一个平衡的杠杆，移动一边钩码的悬挂点，观察产生的现象。如图1（b）所示，用一个带杆的滑轮向左（或向右）推动右边钩码的悬线，改变作用力的方向，再观察产生的现象，分析实验现象，得出杠杆的平衡不仅与动力与阻力的大小有关，还与力的作用点及力的作用方向有关，进而引入力臂的概念。
笔者认为，教师在教学中如果按人教版或苏科版教材那样直接讲解力臂的定义，学生不会理解引入力臂这一概念的意图，也不会理解力臂对杠杆平衡的作用。教科版教材安排了一个演示实验，让学生观察，得出杠杆的平衡不仅与力的大小有关，还与力的方向、作用点有关，再引入力臂的概念，对学生理解力臂的概念及它对杠杆平衡的影响有一定的帮助，但对力臂概念的本质的理解还不到位，且有可能让学生形成“只要作用在杠杆上的力的作用点或方向不同，其对杠杆的平衡的影响就不同”的误解。
上述三种版本的教材对力臂概念的引入方式，只能让学生对力臂的概念形成表面的感性认识，容易导致学生对力臂的物理意义认识不清。缺失对学生科学思维和科学探究的培养，不利于学生形成科学的物理观念，反而可能引发学生对力臂概念的错误认识。
通过分析力臂概念的本质，结合学生认知发展水平，遵循概念形成的逻辑顺序，以培养学生科学探究能力为目标，笔者设计了一组“寻找更小的力——寻找影响杠杆平衡的一个重要物理量”的体验活动，开展力臂概念引入教学。
1.力的作用点影响杠杆的平衡
情境创设：如图2 所示，以钩码重物，在A点用弹簧测力计竖直向下拉，使杠杆在水平位置平衡，请学生利用弹簧测力计寻找拉起重物更小的动力。
教师引导学生进行实验探究、动手体验，学生很容易得出改变力的作用点可达到实验目的，可以增大动力的作用点到支点的距离，将动力作用点从A移到B点，或减小阻力（钩码）到支点的距离，就可以寻找到更小的动力。（如图3）
（图2）
（图3）
2.力的方向影响杠杆的平衡
情境创设：将图3中动力的作用点固定在B点不变，将力的方向绕B点沿逆时针方向转动到Fc的方向，观察弹簧测力计的示数是否变化，这又说明了什么？
学生进行探究发现，如图4 所示力的方向从Fb变到Fc时，尽管力的作用点没有改变，但力的大小发生了改变，这说明不仅力的作用点影响杠杆的平衡，力的方向也影响杠杆的平衡。
（图4）
3.寻找影响杠杆平衡的重要物理量“力臂”
情境创设：再将图4 中动力的方向绕B点沿顺时针转动，观察在转动过程中，测力计示数如何变化？能否寻找到一个方向与Fc不同、但力的大小与Fc相等的位置？
学生通过探究可以发现，当力的方向从Fc开始沿顺时针方向旋转到Fd的过程中，力是先变小再变大；
当转到图4 中Fd的方向时，Fd的大小与Fc相等，这说明Fd与Fc对杠杆平衡的影响效果是相同的。这时教师再设问：“Fd与Fc尽管方向不同，但有一个量是相同的，你能找到它吗？”最终学生会发现支点到这两个力的作用线的距离相等，即lc等于ld。
通过上述的体验、探究活动学生可以发现，力的作用点和力的方向共同影响杠杆平衡，实质上，这两个因素共同决定了一个新的物理量，即支点到力的作用线的距离，物理上将这个距离定义为力臂。
依据课标要求，反思力臂概念引入的教学过程，笔者得到如下启示。
1.注意理解概念的物理意义
对事物的理解通常表现为透过事物的现象认识事物的本质。［1］对于力臂概念的教学，如果直接给出力臂的定义，让学生识记，再通过作图训练，虽然学生也能在一定程度上理解力臂，但这只是没有意义的理解，学生不明白为什么要引入力臂的概念。因此，从寻找影响杠杆平衡的一个物理量的角度引入力臂的概念，是杠杆教学成功的关键，它能让学生真正理解力臂的物理意义，这也为以后学习杠杆的平衡条件及杠杆的应用奠定了一个理解基础。
2.体验是建立概念的有效方法
初中阶段是学生学习物理的初始阶段，在这阶段物理教学中突出体验式教学，有助于培养和保持学生学习物理的兴趣，帮助学生逐渐掌握学习和研究物理问题的基本方法。［2］
体验架起了具象到抽象的桥梁。让学生经历解决真问题的探究体验过程，掌握从特殊到一般的研究物理问题方法，建立起物理概念。由力臂概念的引入可以发现，物理概念的教学包含以下环节：创设问题情境—学生体验感悟—产生认知冲突—再次体验、深度思维、解决冲突—运用科学方法建立概念—诠释概念本质。
由此可见，体验不仅在物理规律的教学过程中发挥作用，在物理概念的引入教学过程中也有它的价值，通过体验活动的安排能让学生更加深入地理解科学探究在学习和研究物理中的作用。
3.注意对教材内容的二次开发
教材是教学的基本资源，是教师进行教学设计时的主要参考，是课程标准的具体体现，是知识的载体。教材内容是既定的，教材的编写者不可能将相关内容都编入教材，正如叶圣陶先生所说：“教材不过是例子。”但课堂教学是开放的、动态的，这就要求教师在进行教学设计时，要根据课程标准的要求、学生的认知特点和教学实际，充分挖掘教材内容，对教材进行二次开发，适当增减、调整学习内容，开发出符合课标要求、时代特点的课程资源，根据物理学科特点优化教学方法，帮助学生理解知识、掌握方法、提高素养，全面实现教学目标。
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