第十一章第1节《杠杆》实验教学说课稿 ---2023-2024学年教科版物理八年级下册

教科版物理八年级下册第十一章第一节《杠杆》实验教学说课稿 一、设计理念 （一）以科学探究为主线，引领学生在探究中建构物理概念 （二）以真实问题为抓手，引领学生在真实问题解决中学物理 （三）以跨学科理念为引领，引导学生在学习物理体会学科融合 二、实验教学内容分析 （一）课标分析 《杠杆》内容选自2012教科版物理八年级下册第十一章第一节，属于《义务教育物理课程标准（2022年版）》中一级主题“运动和相互作用”二级主题“机械运动和力”内容，同时杠杆的平衡条件也是探究类学生必做实验。 《义务教育物理课程标准（2022年版）》对本节课的要求如下： 内容要求：知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。 学业要求：能依据观察和实验提出有关的科学探究问题，并作出有依据的猜想与假设，知道杠杆物理模型，在关于杠杆的科学探究中，能制定初步的实验方案。 教学提示：引领学生记录数据；组织学生分析数据归纳出杠杆的平衡条件。 内容要求中“知道简单机械”提出了本节课目标水平，“探索并了解杠杆的平衡条件”是本节课的必由途径。结合学业要求和教学提示，教师在教学过程中应引领学生体会杠杆模型的建构，在实验时历经探寻和分析实验数据，归纳杠杆的平衡条件，进而体味物理建模和数理分析在物理研究过程的重要地位。此外，还应当让学生进一步培养提出问题、质疑论证、证据解释，以便迁移应用，解决简单问题。 （2） 教材分析 （1）本章在教学的地位和作用：本章在第七章《力》和第八章《力与运动》的基础上，探讨转动物体的平衡状态、平衡条件，结合功、功率、功的原理以及机械效率的方法来解决力学问题；深化学生的运动观念和相互作用观念，拓宽运动和相互作用的研究视角；同时为后续内能、电功和电能的学习奠定知识和能力基础。 （2）本节在教学的地位和作用：本节是研究机械的开篇之作。以生活中最简单的机械——杠杆为起点，展开对杠杆平衡条件的探索、由此对杠杆进行分类，促成对简单机械的初步认识，明确从物理学视角对简单机械的分类，为后续学习定滑轮、动滑轮、滑轮组提供知识基础。 对教材的处理：教材在杠杆平衡条件中，阐释力的作用点和方向影响杠杆平衡后，直接给出了力臂概念。考虑力臂是认识转动的重要概念，又是学生理解难点，我特别设计了影响杠杆平衡的距离因素探究活动，进行力臂概念的建构。而在分类认识杠杆时，可以渗透结构与功能相适应的科学观念。 三、实验器材 完成杠杆实验教学的器材一共分为三组。 （一）生活生产情境组 所需器材：秤杆、托盘天平、人体手臂杠杆模型、投石器、钳子。如图1。 器材用途：（1）学生历经实物体验，找出各种器材中的杠杆和存在的力臂；（2）学生历经杠杆的使用，尝试结合杠杆的功能对杠杆进行分类。 （a） （b） 图1 生活生产情境组实验器材(a)(b) （二）力臂建构组 所需器材：重锤线、电子测力计、钩码、异形杠杆组、同心圆盘。如图2。 器材用途:（1）用直杠杆和异形杠杆的组合结合重锤线来推翻学生的迷思概念：影响杠杆平衡的因素是支点到力的作用点的距离；（2）用直杠杆和同心圆盘来建构影响杠杆平衡的因素：力臂。 图2 力臂建构组实验器材 （三）平衡条件实验探究组 所需器材：铁架台、杠杆、钩码、弹簧测力计、刻度尺 器材用途：学生结合此套器材探索杠杆的平衡条件。 图3 平衡条件探究组实验器材 四、实验创新要点/改进要点”： （一）巧制异形杠杆，突破力臂建构 表1 各版本教材对比 内容 版本 力臂概念具体位置 力臂 2012人教版2012北师大2012沪科版2013苏科版 杠杆：何为杠杆，支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂的概念—杠杆的平衡条件—生活中的杠杆—作业 2012教科版 杠杆—杠杆的平衡条件：观察杠杆的平衡，力臂的概念，实验探究杠杆的平衡条件—杠杆的分类—发展空间—自我评价 首先，通过分析2012人教版、北师大版、苏科版、沪科版、教科版、教材对力臂概念的处理，如表1，发现力臂概念呈现方式分为以下两种：第一种，直接在介绍杠杆模型后，以动力臂、阻力臂与支点、动力、阻力五要素共同呈现；该呈现方式，使得抽象的力臂概念表层化，不便于学生深入理解何为力臂，为何要有力臂，影响 “杠杆的平衡条件”探究实验开展。 而教科版在介绍了什么是杠杆以及支点、动力、阻力后，通过观察杠杆平衡实验给出影响着杠杆平衡的是力的三要素，随后介绍力臂综合了力的作用点和力的方向的共同影响，因此在讨论力对杠杆的作用效果时，则只需考虑力臂和力的大小。教科版整体编排流程立足学生感性认识，值得参考。但在从“力的三要素影响着杠杆平衡”过渡至具体介绍“力臂”概念时，“为了便于描述”的说法却过于笼统，在教学过程中将力臂建立过程显化，让学生体验概念建立清晰脉络。 为此我自制了以下教具，来突破力臂概念的建构。如图4. （a） （b） 图4 力臂概念的建构实验过程(a)(b) 本教具由三个形状各异的杠杆构成，在左边力和力臂、右边的力的大小都相同的情况下，为使杠杆左侧都水平平衡，学生会发现右侧的支点到力的作用点的距离不同，通过进一步的引导，学生发现，三种情况下支点到力的作用线的距离相等。 在此基础上，我借助同心圆盘杠杆实验，如图5，加深学生对支点到力的作用线距离的意义的体验和认识，让学生认识到力对杠杆的转动效果的影响因素有两个：力和支点到力的作用线的距离，从而突破力臂概念的建构。 （a） （b） 图5 同心圆盘杠杆实验过程(a)(b) （二）自制手臂杠杆模型，加强学科融合 为体现物理与生活和其他学科的密切联系，我制作了人体手臂杠杆模型，通过对人体杠杆的分析，深入贯彻从生活走向物理的基本理念，让学生深切体会到物理与生命生活的紧密联系，同时启发学生去自主探究人身体上的其他杠杆。 （三）巧借生活素材，制作多彩杠杆 本次实验教学应用的杠杆素材和模型均来源于现实生活，我们对其进行了适合中学年龄心理特点的改造，为抽象的物理概念和探究活动寻得了一个个生动的载体。 五、实验教学目标： （1） 物理观念 （1）知道什么是杠杆，能判断出杠杆的五要素，能对杠杆进行分类。 （2）知道力臂是影响杠杆平衡的重要因素，拓宽学生对转动与力的关系的认识，促进“运动与相互作用”物理观念形成。 （2） 科学思维 （1）能在相关实例中建构杠杆模型，培养模型建构能力。 （2）能对影响杠杆平衡的因素有关说法提出质疑或论证。 （3） 科学探究 （1）基于对生活跷跷板实验的观察，提出影响杠杆平衡因素的猜想。 （2）在探究影响杠杆平衡的距离因素过程中，能根据实验现象进行解释。 （3）经历杠杆的平衡条件的探索过程，培养设计实验与制定方案、获取与处理信息以及基于证据得出结论的能力。 （四）科学态度与责任 通过观察探索生活中的各种杠杆，体会科学与生活的紧密联系，增强探索自然的热情，培养严谨认真的精神品质。 六、实验教学过程 （1） 环节一：创设实验，导入新课 教师活动：通过自制巨大杠杆，创设“小小头发丝吊起巨大水桶”的情景。预设学生活动：观察思考为什么借助直棒能够提取一桶水。设计意图：引发学生探索转动世界的欲望，拓宽学生对运动的认识。 （2） 环节二：找一找，杠杆的共同点 子环节1——从生活实例中，认识杠杆。教师活动：展示图片——生活中的跷跷板、工人用直棒撬动巨石、老式抽水机，提出思考问题：（1）这些机械自身都具有哪些特点？（2）这些机械在工作时都有怎样的共同特点？预设学生活动：通过小组交流探讨，发现这些物体在力的作用下绕固定支点转动，且自身都是硬棒。教师活动：引领学生归纳总结出杠杆的定义和杠杆的三要素。设计意图：结合学生熟悉的生活场景，让杠杆概念的建立有附着点，培养学生的归纳概括能力。 子环节2——寻找生活中的杠杆。教师活动：提供生活经验组实验器材——自制秤杆、自制跷跷板、自制手臂模型、挖掘机模型、夹钳，创设学生活动：尝试找出生活实例中存在的杠杆，判断出支点、动力和阻力。预设学生活动：通过小组合作，尽可能多的寻找出这些物体中的杠杆和其对应的三要素。设计意图：检测和巩固学生对杠杆的认识，初步培养学生模型建构能力，感受杠杆存在的普遍性。 （3） 寻一寻，杠杆神秘距离 子环节1——体验杠杆的平衡。教师活动：提供自制翘翘板，布置任务：用小熊翘起翘翘板上的大熊。预设学生活动：通过改变小熊在翘翘板上的位置翘起大熊。教师活动：（1）引导学生判断怎样才算翘起大熊，进而认识杠杆的平衡状态：杠杆在动力和阻力作用下静止或匀速转动。（2）提出思考问题：影响杠杆平衡的因素有什么？预设学生活动：提出猜想动力和阻力的大小和方向，支点到力的作用点的距离。设计意图：创设学生熟悉的生活情景，引出学生对转动影响因素的前概念。 子环节2——寻找杠杆的平衡的神秘距离。教师活动：（1）将思考问题聚焦：影响杠杆平衡的距离因素是什么？（2）提供依据生活中的跷跷板、钳子、抽水机实物自制的三个异形杠杆，将其固定在黑板上；在控制动力的大小和方向，阻力的大小和方向，动力作用点到支点作用点的距离不变的情况，让学生参与寻找：让杠杆再一次达到左侧水平平衡时阻力的作用点；（3）提出问题：影响杠杆平衡的距离因素究竟是什么？预设学生活动：（1）找到杠杆再一次达到左侧水平平衡时阻力的作用点；（2）观察到影响杠杆平衡的距离因素不是阻力作用点到支点的距离；（3）通过观察发现，尝试提出新猜想。教师活动：（1）将重垂线悬挂至三个力所在的直线上，引领学生表达出新猜想：影响杠杆平衡的距离因素是支点到力的作用线的距离；（2）开展验证实验：将同心圆盘的圆心固定至直杠杆的支点处，通过控制支点到力的作用线的距离不变，改变力的作用点和方向，观察力的大小是否改变。（3）归纳总结影响杠杆平衡的距离因素是支点到力的作用线距离，这段距离称之为力臂；完善杠杆的要素：支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂。学生活动：（1）观察发现在控制支点到力的作用线的距离不变时，改变力的作用点和方向，力的大小不变。（2）初始影响杠杆平衡的距离因素是力臂。设计意图：（1）通过异形杠杆平衡的探究实验，引出学生的认知冲突，并结合此实验提出新的猜想，激发学生的去伪求真的探索欲望；（2）通过杠杆和圆盘实验，从而初步建构力避概念，让学生体会柳暗花明的过程，实现由前概念到力臂概念的建构闭环。 子环节3——找出杠杆的力臂。教师活动：(1)展示图片——生活中的跷跷板、老式抽水机杠杆模型；演示画出跷跷板在动力和阻力作用下平衡时的力臂；（2）布置任务：准确画出老式抽水机杠杆在动力和阻力作用下平衡时的力臂。学生活动：（1）学习画力臂的过程和注意事项，（2）正确画出老式抽水机杠杆模型的力臂。设计意图：加深学生对力臂的认识，培养学生的模型建构能力。 （4） 探一探，杠杆平衡条件 子环节1——杠杆平衡条件的探索。教师活动：（1）提出学生探索问题：影响杠杆的平衡因素是力和力臂，那么力和力臂在满足什么条件时杠杆才会平衡；（2）展示实验器材——杠杆、钩码、铁架台、弹簧测力计等；布置任务：1）如何设计数据表格来收集数据？ 2）如何调节平衡螺母，使杠杆水平平衡？3）如何使实验数据更具普遍性？4）你能得出什么结论？学生活动：（1）小组探讨出实验方案并设计出数据表格，（2）小组开展实验并收集数据。（3）小组分析数据并尝试得出结论。（4）小组交流分享，得出杠杆平衡时的实验结论：　杠杆平衡时，动力×动力臂=阻力×阻力臂。设计意图：培养学生的合作探究能力。 子环节2——杠杆平衡条件的应用。教师活动：提出问题：小小头发丝为什么能吊起一大桶水？学生活动：用杠杆平衡条件解释其中原理。设计意图：培养学生的解释论证能力。 （5） 议一议，杠杆的功能 子环节1——结合杠杆功能，对杠杆进行分类，探析背后原理。教师活动：（1）为学生提供生产生活情境组实验器材。（2）提出问题：这种分类标准背后的物理原理是什么？学生活动：（1）通过使用感受将杠杆分为：省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。（2）结合实验数据，分析省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆背后的物理学原理。设计意图：培养学生通过物体功能进行分类的意识。 子环节2——解释人体杠杆。教师活动：提供人体手臂杠杆模型，提出问题：人体手臂杠杆是省力杠杆还是费力杠杆？学生活动：结合人体手臂转动情况解释人体手臂杠杆是费力杠杆。设计意图：让学生体会到物理和生物学科的融合，培养学生的解释论证能力。 （6） 课后作业 基础性作业：完成教材77页自我评价。 实践性作业：尝试分析人体存在的其他杠杆，并制作简易模型。 七、实验效果评价： 1. 本次实验教学通过创新教具和实验设计成功的突破了力臂概念建构难点 2. 借助自制手臂杠杆模型、改造的多彩杠杆和大量生活中的杠杆应用实例，助力学生完成从形象到抽象思维跨越，很好培养了学生杠杆模型建构能力。 3. 通过分析人体杠杆以及不同类杠杆的特点和功能，体会到物理与生物间的学科融合，加深了结构与功能相适应的科学观念的理解。 学科网（北京）股份有限公司 $$