侧重实验与体验 从感性回归理性——《滑轮》教学设计及思考

崔轶斌

（清华大学附属中学永丰学校，北京 100094）

侧重实验与体验 从感性回归理性
——《滑轮》教学设计及思考

崔轶斌

（清华大学附属中学永丰学校，北京 100094）

滑轮属于变形的杠杆，其工作原理和使用特点可以利用杠杆的知识加以理解.对于滑轮，学生并不陌生，但是对于定滑轮、动滑轮的使用特点、实质并不了解.因此，本节课需要合理地安排演示实验、学生探究活动，来给学生仔细观察、动手实践的机会，了解滑轮的特点和作用，充分调动学习的积极性，突出重点、突破难点，使学生对滑轮的认识从感性回归到理性.

滑轮 实验 特点

一、设计思路

《滑轮》是北师大版物理八年级下册第九章第二节的内容.作为一种常见的简单机械，滑轮在生产、生活中有着广泛的应用.从实质上看，滑轮属于变形的杠杆，其工作原理和使用特点可以利用杠杆的知识加以理解.同时，本节内容也是学习第五节“探究——使用机械是否省功”、第六节“测滑轮组的机械效率”的基础.学生对“功”原理的理解、机械效率的认识都借助了滑轮这种机械.因此，本节内容在本章中起到承上启下的重要作用.

对于滑轮，学生已经有了一定的了解.在小学科学课、本册第七章“力和运动”、第八章“压强与浮力”的学习过程当中，都涉及滑轮，学生对这一装置并不陌生，但是对于定滑轮、动滑轮的使用特点、实质并不了解.因此在本节课中，需要合理地安排演示实验、学生探究活动，来给学生仔细观察、动手实践的机会，了解滑轮的特点和作用，充分调动学习的积极性，突出重点、突破难点，使学生对滑轮的认识从感性回归到理性.因此，本节课将以学生探究学习为主线，课堂活动、问题设计均围绕这一主题展开.

二、教学过程

（一）创设情境引入新课

观察实验：教师这里有一个起重机的模型，当接通电源之后，重物在竖直方向上被提升起来.但是我们发现，提供动力的电动机与重物却不在一条直线上.

提出问题：那么，在电动机运行的过程中，绳索经过了哪些关键的元件，从而改变了力的方向，实现了重物的升降？

教师揭秘：我们将这一关键结构放大后发现，这个神秘的零件其实是我们生活当中常见的滑轮.那滑轮在工作时有什么特点呢？使用这种机械会给我们带来怎样的便利呢？今天我们一起来探究.

【设计意图】对于物理新知识教学，课堂引入有多种方式，怎样能够在契合主题的同时，吸引学生的注意力，提高课堂效率就显得尤为关键了.起重机，学生对它既熟悉又陌生.熟悉在于日常生活中经常能够看到起重机的身影，陌生在于学生对于起重机的细节并不了解.教师通过对起重机的局部放大，让学生看到这一“神秘”的零件，从而引入滑轮.

（二）亲身体会回顾知识

学生活动：我们现在也在教室里尝试利用一根绳和一个滑轮，将重物提升一定高度，哪一小组同学来展示你们的设计方案？（选择一组学生上台）

在展示前，教师准备的重物在教室的另外一端，某某同学，你能帮老师把它搬过来吗？现在，请展示你们设计实验的方案吧.（学生利用教师提供的支架、重物、演示用的巨大滑轮和粗绳展示提升方案）

【设计意图】在这一环节，让学生上台体验，采取不同的连接方式，利用滑轮将巨大的重物提升.在开始实验前，教师提出一个请求：“某某同学，你能帮老师把旁边的重物搬过来吗？”这一句简单的话语，看似并不经意，但是却有着背后的深意.通过让学生体会直接搬运重物、用定滑轮提升重物、用动滑轮提升重物的费力程度，为后面实验探究的猜想与假设环节做好了铺垫，起到了合理的引导.

（三）实验探究得到规律

提出问题：利用定滑轮、动滑轮提升重物分别能够给我们带来什么好处呢？和直接提起重物相比，各有什么优点呢？

猜想与假设：经过同学们的回答，我们一起进行归纳：使用滑轮可能会改变力的方向、省力、费距离.那么如果假设成立，又能省多少力呢？费多少距离呢？我们一起制订实验计划进行探究.

设计实验与制订计划：根据同学们的猜想，我们可以把实验分类.

第一，探究使用滑轮是否省力.教师给大家提供了一个重力为2N的钩码.要比较使用定滑轮、动滑轮与直接提升重物相比是否省力，我们应该测量什么物理量？又该如何测量呢？

第二，探究使用滑轮是否费距离.我们应该测量什么物理量？又该如何测量呢？

第三，探究使用滑轮是否改变力的方向.

进行实验与收集证据：教师借助多媒体手段，随机抽取实验小组，将所得到的实验数据填入幻灯片中，进行展示.

分析与论证：教师请学生通过观察实验数据，分别给出定滑轮、动滑轮的工作特点.

评估：教师借由学生所展示的数据提出疑问，请学生思考回答实验过程中出现误差的原因，并且尝试对实验进行改进来减小误差.

强调注意事项：在我们进行实验之前，请同学们注意，在提升滑轮时，应当缓慢、匀速、竖直拉动绳子.

【设计意图】学生实验探究是本节课的主要内容.让学生充分地经历科学探究的过程，对于培养学生分析处理问题的能力、形成严谨的科学态度有着重要的作用.由于学生已经有了一定的科学探究的经历和体验，因此教师只需要通过简单的有效提问进行引导，而将大部分时间交给学生自主探究.在实验细节的处理上，学生用定滑轮提升物体，弹簧测力计需要向下拉；用动滑轮提升物体，为了测量所用的力，弹簧测力计是竖直向上拉.从实验操作规范角度来看，使用弹簧测力计时通常需要竖直向上拉动.用定滑轮提升物体的操作与实验规范出现了矛盾.因此，在这里采用力的传感器，不再用弹簧的伸长量来反映拉力的大小，就避免了不能竖直向下拉动测力计的问题.

（四）深入分析得出实质

提出问题：我们之前学习了杠杆既能省力，又能改变力的方向，为什么还要使用滑轮呢？滑轮和杠杆相比有什么优点呢？

观察实验：教师首先展示利用一根等臂杠杆来提升重物.在这个过程中发现，由于杠杆为“一”字形，在长度和转动的限制下，重物只能被提升有限的高度.进而提出对装置的改进，在原有杠杆的基础上在垂直方向增加一个杠杆，形成一个“十”字形.发现当第一根杠杆转动到极限时，第二根杠杆可以进一步完成对重物的提升；第二根杠杆转动到极限时，第一根杠杆可以继续提升重物.为了让重物提升得更加连贯，可以继续增加杠杆的数量，比如三根杠杆，以“*”形状固定.通过不断增加杠杆的数量（教师利用动画展示多根杠杆固定，共同提升重物的效果），引导学生，得到定滑轮的实质.并据此拓展，请学生自主分析动滑轮的实质.

【设计意图】本节课的难点在于，如何突破滑轮的实质是不同类型的杠杆这一问题.这里依次利用一根、两根、三根等臂杠杆组合加以对比，并结合动画，得到了定滑轮的实质为等臂杠杆，形象生动，对学生冲击力大，起到了很好的演示作用.

（五）联系生活学以致用

请学生联系生活实际，说出常见的利用定滑轮、动滑轮的例子.

【设计意图】将物理知识迁移到生活当中，解释生活中的现象，学以致用.

（六）课堂小结构建体系

今天我们一起了解了另外一种简单的机械——滑轮.通过实验探究我们得到，定滑轮实质上是等臂杠杆，可以改变力的方向，但却不能省力、省距离；动滑轮实质上是动力臂∶阻力臂等于2∶1的省力杠杆，所以能省一半的力，但却多费1倍距离，不能改变力的方向.

三、教后反思

课堂，是学生学习知识的主要场所，而教师在课堂活动中充当主导的角色.如何能在有限的时间内，带领学生一起进行知识的高效学习就显得尤为重要.教师在课堂上一个不经意的细节动作，一句简单的话语，看似微不足道，但却有着“四两拨千斤”的神奇力量.在本节课中，笔者在新课的引入、让学生利用滑轮演示提升物体、实验探究等环节中均有对细节的把握和处理，对课堂效率的提升有一定的帮助.

物理作为一门实验科学，有助于培养学生严谨的逻辑思维能力和动手操作能力.因此，在本节课中，笔者侧重科学探究，从而锻炼学生严密的逻辑思维，培养分析问题、解决问题的能力，并且通过多组演示实验，将复杂的物理问题形象化、具体化，加深学生体验，便于学生从感性认识回归到理性认识，从而实现教学目标.