《撬杠的學問》教學片段與評析

《撬杠的學問》是五年級“簡單機械”單元的第二課，屬于技術與工程領域的內容。學生在中年級認識使用工具可以更加精確、便利和快捷之后，進一步認識杠桿、滑輪等常見的簡單機械。本課通過觀察、實驗、閱讀、案例分析等活動，引導學生先認識杠桿、輪軸、滑輪等杠桿類簡單機械的作用與原理，再認識簡單機械的組合——自行車的結構和作用，使他們意識到人們的生活離不開各種工具，工具是一種物化的技術，是人的力量的一種拓展。

學生在二年級學習了“常見的工具”單元，初步體驗了使用工具，在三年級學習了托盤天平，在本單元前一課中認識了生活中常見的簡單機械，這些都是他們建構模型的基礎。學生雖然在生活中有過玩蹺蹺板、起瓶蓋、用托盤天平稱量物體等使用杠桿的經驗，但缺乏對杠桿有目的地觀察和研究，不清楚杠桿的含義、構成、類型及作用。本課重點引領學生認識杠桿及其作用，由淺入深地從認識、研究到應用，層層遞進，進一步體驗使用簡單機械可以省力或提高工作效率。

片段一：探究發現，形成認知

師：同學們觀察比較這兩張圖片（如圖1），除了撬杠之外，還增加了什么？

生：增加了小石頭。

師：這塊石頭有什么作用？

生：有支撐的作用。

師：對，它起支撐作用，有了這塊石頭，就等于有了一個支點，這根撬杠就不是一根普通的棍子了，變成一個簡單機械——杠桿。那什么是杠桿呢？杠桿的構成要素有哪些呢？同學們可以先畫出物品工作的結構圖，再對比找出它們結構的共同點。

（學生根據教師提供的生活中的杠桿實物圖片，畫出它們的結構圖，如圖2。）

生：都有用力的點，也有阻礙用力的點。

生：有一根硬棍，有一個圍繞旋轉的固定點。

師：像撬杠這樣，在力的作用下圍繞固定點轉動的硬棒叫作杠桿。在杠桿上起支撐作用的固定點叫作支點，使杠桿轉動的用力點叫作動力點，阻礙杠桿轉動的施力點叫作阻力點。我們身邊有很多杠桿，來分析一下它們的支點、動力點和阻力點吧。

點評：該環節是為了幫助學生從原型遷移到模型，初步實現杠桿模型的抽象過程。畫圖在模型建構中是非常有效的方法，相對于語言的描述，畫圖的過程可以給學生更多的思考空間，包含觀察、分析、綜合、表達、內化等諸多環節，是一個動手并動腦的過程。學生在畫圖的過程中，對杠桿模型中的各要素逐漸清晰，為概念的建構奠定基礎。

片段二：實驗觀察，探究原理

1.掌握方法，實驗觀察

師：我們知道使用撬杠可以輕松地撬動大石頭或罐頭蓋子，說明使用杠桿可以省力，但是杠桿一定會省力嗎？怎樣才能省力？讓我們通過實驗進一步探究吧！請大家閱讀實驗方法（如圖3）。杠桿尺使用前需調節平衡，應該怎樣調節？

生：如果左端高，將左端螺母向外調節或者將右端螺母向內調節。如果右端高，反之調節就行。

師：怎樣判斷杠桿省力呢？

生：將一端掛上一定重量的砝碼，相當于阻力點，調整杠桿尺另一端砝碼的位置和重量，使杠桿尺達到平衡，通過觀察杠桿兩端砝碼的重量，就可以知道是否省力了。

（學生開始實驗。）

2.分析數據，得出結論

師：請同學們根據數據比較，在什么情況下，杠桿省力？在什么情況下，杠桿費力？在什么情況下，杠桿既不省力也不費力？

生：我們組把左邊第2格設為阻力點，掛上了2個鉤碼。然后找到了3種掛法使杠桿尺平衡了，在右邊第1格、第2格、第4格分別掛上4個、2個和1個鉤碼，這是我們畫的示意圖（如圖4）。

師：這組同學很聰明，他們先確定了阻力點并保持不變，找到了3種使杠桿平衡的掛法，其他組有不同的實驗結果嗎？

生：我們組與他們不同。我們組把左邊第1格設為阻力點，掛上了4個鉤碼。然后找到了3種掛法使杠桿尺平衡了，在右邊第1格、第2格、第4格分別掛上4個、2個和1個鉤碼。

生：我們組與他們不同。我們組把左邊第3格設為阻力點，掛上了2個鉤碼。然后找到了3種掛法使杠桿尺平衡了，在右邊第1格、第2格、第3格分別掛上6個、3個和2個鉤碼。

師：同學們都能找到使杠桿尺平衡的掛法，都一樣省力嗎？大家注意觀察支點、阻力點和動力點三者的距離關系，在何種情況下最省力？大家可以借助畫圖示的方法來觀察。

生：我們組發現，動力點到支點的距離為1格時，鉤碼為6個；動力點到支點的距離為2格時，鉤碼為3個；動力點到支點的距離為3格時，鉤碼為2個。好像動力點到支點的距離越遠，越省力。動力點到支點的距離為3格，阻力點到支點的距離也為3格時，鉤碼數都為2個，也就是說，動力點到支點的距離等于阻力點到支點的距離時，為既不費力也不省力杠桿。

生：我們組確定了左邊的阻力點和鉤碼數后，右邊的動力點到支點的距離等于阻力點到支點的距離，既不省力也不費力；動力點到支點的距離為2格時，鉤碼數為2個，是省力杠桿；動力點到支點的距離為4格時，鉤碼數為1個，是省力杠桿。

生：我們組認為，阻力點到支點的距離小于動力點到支點的距離時，為省力杠桿；阻力點到支點的距離等于動力點到支點的距離時，杠桿不省力也不費力；阻力點到支點的距離大于動力點到支點的距離時，為費力杠桿。

師：同學們，你們覺得這三個小組的匯報怎么樣？還有新的發現嗎？

生：我認為，他們都根據圖示進行了分析，將三種情況在紙上呈現出來，便于對比分析，很快發現了杠桿的三種類型。我還發現：阻力點到支點的距離×鉤碼數=動力點到支點的距離×鉤碼數。

師：大家的思維很敏捷，通過圖示，我們更清楚地看到了杠桿的三種類型，為你們點贊！你們能運用所學知識解釋撬杠為什么能撬起大石頭嗎？

生：撬杠是個省力杠桿，阻力點到支點的距離遠遠小于動力點到支點的距離，所以能輕松撬起大石頭。

點評：在建構實驗模型的過程中，學生通過討論，觀察杠桿兩端砝碼的重量，可以知道杠桿是否省力。教師引導學生將實驗儀器與杠桿模型相聯系，完成了實驗中杠桿模型到生活中杠桿原型的遷移。

在這個過程中，教師指導學生利用分析、比較、歸納的方法分析實驗現象與數據之間的關系，目的是培養他們的邏輯思維能力；引導學生利用圖示表示自己討論的結果，目的是培養他們模型建構的科學思維能力；引導學生進行小組互評，目的是培養他們思辨、論證等科學思維能力。

片段三：實踐應用，拓展延伸

師：生活中，人們經常需要測量物體的質量。天平是廣泛使用的較為精確的稱量工具，是運用杠桿原理制成的。下面我們利用所學知識，設計制作一個簡易天平。

（出示簡易天平圖片，讓學生觀察其構造，知道簡易天平由底座、立柱、橫梁、托盤等組成，為后面模型設計提供基礎。）

師：根據簡易天平模型的結構，你們打算各部分用什么材料？做成什么樣呢？

生：我們初步設想，底座、立柱、橫梁使用木頭制作，因為木頭的支撐力強，而托盤使用兩個完全相同的小的塑料袋來替代，這些材料在生活中方便找到。

生：我們初步設想與他們不一樣，底座、立柱使用塑料，橫梁使用金屬，托盤使用兩個完全相同的小塑料瓶蓋來替代，這些材料在生活中也方便找到。

師：我以概念圖的形式將不同的材料和形狀等進行了梳理，如底座的材料可選用木頭、塑料，形狀有圓形、長方形；橫梁的材料可選用木頭、金屬，形狀有直線形、弓形；等等。大家看看有多少種組合？

生：我們組運用數學中學過的排列組合法，計算出了36種組合方法，利用這個概念圖，我們能很快設計出多種組合方案。

師：大家都考慮了材料的選擇，如何使它既結構合理，又造型優美呢？

生：我們小組的材料與大家差不多，但是我們想改變一下秤的底座、立柱、橫梁以及托盤的形狀，使作品更美觀，獨具特色。

生：我們組將底座設計成圓形，橫梁設計成弓形，托盤設計成圓形，整體上是“歐式”風格，我們組一致認為這樣比較美觀。

師：請同學們選擇幾個科學、獨特、便于制作的模型，用示意圖呈現出來。制作時，可以用什么方法連接這些材料呢？

生：用膠槍黏合。

生：用木螺絲固定。

（學生動手制作，展示交流和評價。）

點評：本環節體現科學與技術、工程、數學、藝術的聯系，通過設計制作天平活動，學生體驗了綜合性學習，提升了綜合運用知識、解決實際問題的能力。學生在制作簡易天平的過程中，通過發散、組合、想象、呈現等環節，提升發散思維、重組思維、形象思維、模型建構等思維能力，通過交流評價提升了批判思維能力。

（作者單位：李前莉，河北省晉州市朝陽小學；岳從領，河北省晉州市教研室）