浅谈平衡思想 提高学习成效

李柏青

摘要：科学平衡教学是初中教学的难点，在解决实际问题时渗透平衡思想可化繁为简，同时可让学生感悟自然科学与其他学科的相互渗透，优化学生的思维品质，有效提高学生解决科学问题的能力。

关键词：平衡   学习 成效

中图分类号：G4 文献标识码：A

利用科学、现实生活与其他学科中的素材理解科学平衡的内涵，并感受客观世界存在的有关平衡现象，科学是一门综合学科，寻找生命科学中蕴含“平衡”思想的知识点，比如体温恒定、水盐平衡、血糖平衡、生态系统平衡、碳氧平衡。探究化学知识中包含平衡思想，饱和溶液中的平衡，化学反应中的平衡。阿基米德潜心研究了杠杆这个现象并发现了杠杆原理，杠杆平衡条件中科学与数学相互渗透.在日常的教学中引导学生从变化、联系、矛盾的角度去观察、认识、理解、解决科学问题，充分利用学生的生活经验和背景知识，理解科学中的平衡知识并综合分析解决相应问题，提高学习成效.

一、善于认识问题，寻找平衡

寻找初中科学运用到平衡思想的知识点①明确平衡状态下的现象②指出影响平衡的因素③有没有具体调节平衡的方法。例如：碳酸是一种不稳定的弱酸，易分解为二氧化碳和水，那么久置的碳酸是否会完全分解变成水呢？实验室测得了碳酸PH值与时间的关系曲线图。寻找碳酸分解背后的“平衡”，二氧化碳与水反应生成碳酸，同时碳酸分解成水和二氧化碳，两者速率相同，PH值维持恒定。

右图是气球从升空到达最高点这一过程的速度-高度关系图，请你作出推测气球在升空过程中哪一种因素对浮力的影响更大？并说明理由。先推测运动轨迹，气球会上升至高于平衡高度，之后下降到平衡高度以下，如此在平衡高度上下波动，最终静止在平衡高度。

再分析原因，气球升空后重力不变，浮力改变，浮力变化受空气气压和空气密度两个因素的影响。其中空气密度影响效果更大，即高度越高，空气密度越小，浮力越小。气球升空未到平衡高度时，由于F>G，气球会加速上升，但由于高度增大空气密度变小，浮力不断减小，使上升时的加速度降低。当气球上升至平衡高度时，F=G，由于惯性气球会继续上升一段距离，此时由于高度继续升高，空气密度减小，浮力变小，使F<G，合力向下，使气球减速，直到速度为零后开始向下做加速运动。当气球下降至平衡高度时，F=G，由于惯性气球会继续下降一段距离，此时由于高度降低，空气密度减大，浮力变大，使F>G，合力向上，使气球减速，直到速度为零后开始向上做加速运动。当条件改变时，有利于或更有利于其中的一方而使其成为平衡的主要方面，平衡产生移动，在新的条件下，双方势力再次一致而达成新的平衡。

二、运用学科联系的知识去分析平衡

联系，是指一切事物、现象之间及其内部诸要素之间的相互影响，相互作用和相互制约。各学科的知识是相辅相成的，它们之间存在着密切的联系，认清问题的本质，避免孤立、片面地看待平衡问题，进而形成系统方法论，建立起完善的平衡思维。

（一）、杠杆的中的力臂及函数关系

1.画力臂的方法是：（1）辨认杠杆;（2）先找支点O;（3）画出动力和阻力;（4）画出力的作用线;（5）过支点0作力的作用线的垂直线段L，即为力臂。如下图（1）

2力臂：过支点做力作用线的垂线就是数学中的点到线的距离。

3.杠杆的平衡条件公式 F1L1=F2L2 、 ， 动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一，存在着反比例关系，反比例函数本身在日常生活和生产中也有着许多直接应用。

（二）、现实生活中杠杆原理和数学计算的关系

如图（2）所示，A和B为由铜和铁制成的实心球，它们的体积相同，此时杠杆恰好水平平衡，若将它们同时浸没水中则--------（     ）

A、杠杆仍然保持平衡 B、杠杆不能平衡A下沉

C、杠杆不能保持平衡B下沉 D、无法确定

解析  本题先说明杠杆水平平衡，则F铜L1=F铁L2，L2> L1，根据铜、铁球的体积相同，浸没水中后，受到的浮力相等，相当于支点两边各减去一个相同的力，则（F铜-F浮）L1>（F铁-F浮）L2，故选B，结合了不等式的计算方法。

（三）、提高题中的杠杆平衡条件与数学相互渗透

《杠杆平衡条件》是历届科学选拔命题中的重点之一，它往往与数学等知识相结合，综合性很强，考查运用数学知识解决科学问题的能力，现举例如下。

如右图所示，均匀杆AB长为L，可以绕转轴A点在竖直平面内自由转动，在A点正上方距离L处固定一个定滑轮，细绳通过定滑轮与杆的另一端B相连，并将杆从水平位置缓慢向上拉起，已知杆水平时，细绳的拉力为T1，当杆与水平面的夹角为30°时，细绳的拉力为T2，则T1∶T2是

A.2∶1    B.  2∶1    C. 3∶1    D.  1∶1。

解析 本题考查杠杆平衡条件与三角函数相结合来解决科学题。当杆在水平时，细绳的拉力为 T1，拉力的力臂为L1=Lcos45°，杠受到重力为G，重力的力臂为L2=L/2，则以A点为支点，根据杠杆平衡条件： T1 Lcos45°=G L/2，T1=2G/2;当杆与水平面的夹角为30°时，细绳的拉力为 T2，拉力的力臂为L1=Lcos30°，杠受到重力为G，重力的力臂为L2=Lcos30°/2，则以A点为支点，根据杠杆平衡条件： T2Lcos30°=G Lcos30°/2，T2= G /2。因此T1∶ T2=2∶1。故正确选项为 A 。

渊博的数学和科学知识的融会贯通有利于问题的解决，我们应该深刻认识到数学和科学是相互渗透，密切联系的，科学中的杠杆平衡条件离不开数学知识的理解和应用，只有把它们结合起来综合使用，不但可以解决日常生活中的一般问题，而且还可以分析处理生产、科技中的疑难问题，从而为人类服务。

三、用矛盾的思想去解决理解“平衡”

所谓的平衡指一个整体的各部分在质量程度或其它方面处于均等或大致均等状态。平衡是相互对立的矛盾的暂时的统一，在絕对的永恒的物质运动中存在相对暂时的静止和平衡，平衡是相对的;不平衡是绝对的、永恒的，一切平衡都是特定运动的动态平衡。为应对气候变化，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”等庄严的目标承诺。这里就存在碳的吸收量与碳的排放量的动态平衡。

排放>吸收  排放=吸收    排放<吸收

不同物质相互之间发生的化学反应是一个既相互联系，又不断发展的动态过程。当反应物本身和外界反应条件发生变化时.化学反应的速率也发生了相应的变化，在化学反应速率变化的同时，反应物本身和一些反应条件随之亦发生变化。

以上对科学课本中部分所蕴含的平衡内容进行了讨论，不仅可以帮助学生正确理解抽象的科学理论，把握微妙的变化关系，进而可以让学生感悟科学与各学科的相互渗透、融会贯通，使学生学会并自觉地用辨证的观点看待科学问题，善于从学科思想的角度去审视看起来很平常的、纷杂的科学现象，在规律上加以提炼和升华，不断提高学习效率，收获学习成果。

参考文献

1.义务教育课程标准实验科学教科书

2. 钱承之，化学教学中的辩证法几例

2. 浙江省9-11届科学选拔试卷以及近几年中考模拟题等。