网站首页  词典首页

请输入您要查询的论文:

 

标题 方寸之间 稳如泰山
范文

    李佩宁

    

    

    

    “宇宙是物质的,物质是运动的,运动是有规律的,规律是可以被人发现的。”这一描述既是科学意义上的,更是哲学意义上的。现实生活中的运动更加具体。常见的匀速运动、反复运动或是静止,这些现象都发生在一定的平衡状态下;而各种加速运动和减速运动,都发生在平衡被打破的情形下。大到天上的星辰,小到地上的沙尘,万物都在“平衡—失去平衡—再平衡”的循环中更迭。

    一、课程重点

    对于人类来说,最熟悉的也是最容易打破平衡的一种力,就是地球上的重力。重力为人们带来稳定,也带来困扰。物体在重力方向和反方向支撑力(或是拉力、吸引力、浮力)的作用下,时刻影响着我们的生活。今天的课程就要从重力和与之相反的平衡力之间说起。重力的平衡与我们身边很多事物和各自归属的学科有关,如机械、工程、气象、水文甚至军事、艺术和传统文化。这一次是以物理学的视角为出发点,对话题展开探究。

    【涉及领域】物理、几何、工程

    【建议年级】小学高年级

    【建议时间】125分钟

    二、课程任务

    通过对重力和重心的学习,探讨重心位置、支撑位置和物体达成平衡(不会倾覆、翻转或掉落,不产生后续垂直方向的运动)几者之间的关系,并让学生自己动手调查和实验来探索这样的关系,以培养学生运用所学知识发现生活中的平衡现象、解决实际平衡问题的能力。本课不以竞争性的表现性任务为主,而是以现象观察为先导,通过“觀察—思考—总结—再观察”的循环,让学生在适当引导下发现各种平衡现象的规律,并进行归纳总结。

    三、课程步骤

    1.导入(25分钟)

    【第一步】介绍重心的概念,以及对称物体(几何对称、密度均匀)重心特点。重心,是在重力场中,物体处于任何方位时所有各组成质点的重力的合力都通过的那一点。对于形状规则的对称物体,如一个轴对称物体,可以用一条直线(即对称轴)来表明物体的对称性,如果该物体的密度分布均匀,则对称轴将通过物体的重心。如果能找到物体另一条通过重心的直线,这条直线与对称轴的交点就是重心。例如,可以将物体悬挂起来(避开第一条对称轴),挂点和地面的垂直线必然通过重心,找到这条垂直线与对称轴的交点,就找到了重心。

    【第二步】列举利用重力平衡原理创作的工艺品,特别是凭视觉直观看来并不平衡的物体,如斜木板制作的酒架以及只需接触鸟嘴就可以停在手指上的平衡鸟(见图1)等。然后向学生提问:这些物体是如何“摆脱”地球引力的?

    【第三步】介绍平衡的规律和特点。通常条件下,物体的支撑点形成一个统一的支撑面(例如三脚架),有如下规律:当物体的重心在竖直方向的投影落在物体的支撑面内或支撑点上,物体将处于平衡状态(只考虑垂直方向,暂不考虑水平方向的各种运动和受力)。

    【第四步】展示更多图片,如正在做瑜伽的人、表演平衡杂技的人、骑自行车的人等。请学生寻找图片中的人或事物的重心大致在什么位置,并让学生说一说为了保持这种平衡状态,需要具备什么条件。

    2.宣布探索性任务(10分钟)

    【宣布任务】要求学生用所给的材料做探索“平衡”的活动,归纳规律,回答问题。该任务是前置性探索任务,不是表现性任务,因此不做评价量规,给各小组时间准备。

    【材料】圆形橡胶(塑料、海绵)片、三角形橡胶(塑料、海绵)片、两个晾衣木夹。其中,橡胶(塑料、海绵)片要有几毫米的厚度,以便学生可以尝试用侧面将这些材料立起来。

    3.探索性任务的执行(25分钟)

    请学生依次按照以下要求和提示完成任务,思考并回答相关问题。

    【任务1】尝试将扁平状的橡胶(塑料、海绵)片放在一根手指(或支撑面、基底)上,并使之保持平衡。

    (1)记录重心位置,思考如何描述重心位置。

    (2)感受物体的稳定性,思考物体稳定性的特征及如何描述。

    【任务2】将任意边作为支撑面或者基底来保持平衡。

    (1)观察重心,思考重心位置是否发生变化。

    (2)感受物体的稳定性,思考物体稳定性的特征及如何描述。

    【任务3】用晾衣夹卡在物体的下方位置来降低物体的重心,并且以“角”(例如将某个角的顶点卡在某个浅凹槽中)或“边”(例如以侧面立住物体)为支撑面来尝试保持平衡。

    (1)记录重心位置。思考重心在哪里以及重心是否发生了变化。

    (2)观察物体的稳定性。思考夹子如何影响物体的稳定性。

    4.发现与讨论(15分钟)

    【问题1】假设一些物体可能随机受到各个方向大小不同的力,观察需要保持固定与平衡的例子(如圆凳、交通用锥形路障、一级方程式赛车),思考普遍意义上的物体保持稳定性的因素有哪些?有什么特点?尝试归纳。

    (1)支撑面——支撑面越大的物体越稳定。例如金字塔。

    (2)重心位置——重心越低的物体越稳定。例如双层巴士。

    【问题2】以起重机为例,讨论重心与支撑面的相对位置对平衡的影响。

    (1)重心位置怎样影响起重机?

    (2)分析图2中哪个起重机的稳定性、平衡性更好?哪个起重机相对不稳定?

    【问题3】深入探讨、分析和模拟平衡鸟模型。为什么平衡鸟能“叼住”手指保持平衡?理解“平衡点”的概念,即物体在这一点上(或这一位置上)能够保持平衡。猜想平衡鸟的重心(在嘴尖之上还是之下)。

    【模拟任务】请学生用积木和木夹子模拟一个类似模型(见图3)。学生从制作与讨论中应至少知道以下信息。

    (1)重心高的物体不稳定并且会翻倒。

    (2)为了增加稳定性,重心要尽可能降低。

    (3)如果重心足够低,甚至重心低于支撑面,那么支撑面可以很小(如平衡鸟的例子)。

    5.宣布表现性任务与评价量规(10分钟)

    【宣布任务】使用工程设计的方式解决任务:使铅笔以尖端保持平衡。呈现评价量规(见表1)。请学生参照以下步骤完成设计。

    (1)仔细审题,关注所给材料;

    (2)想一个可行的方法,并与搭档讨论;

    (3)设计方案并画出想法,要求既实用,也能表现一定的艺术性;

    (4)实现你们的设计;

    (5)做实验并测试这个设计;

    (6)思考改进方案或方法。

    注意:可通过重复以上第4—6步改进模型。

    【材料】削尖的铅笔、直尺、卷尺、铁丝、钩码

    6.表现性任务的执行(25分钟)

    正式执行制作任务。要求学生依照评价量规,在制作时考虑以下问题。

    (1)重心大概在哪里?

    (2)支撑面或支撑点在哪里?

    (3)怎样使铅笔的重心下移?

    (4)怎样利用铁丝?

    (5)配重的位置如何影响铅笔的平衡?

    7.总结与反思(15分钟)

    通过以下问题引导学生总结与反思。

    (1)你们小组所考虑的平衡是多角度、多方向的吗?请说明。

    (2)你们怎样理解设计的艺术性?

    以下问题为拓展思考。

    (3)你的作品能动起来吗?运动是否会增加作品的艺术性?

    (4)观赏亚历山大·考尔德(Alexander Calder)的动态雕塑或固定雕塑作品。重心的位置大概在哪里?你有什么感受?受到什么启发?

    (5)谈谈重心、平衡在体育运动中的重要性(例如体操、棒球、篮球、足球)。

    (6)查一查什么是战斗机的“眼镜蛇机动”。你觉得这种动作难在哪里?然后,谈谈重量的分布及保持平衡如何影响飞机安全飞行。

    【课后拓展作业】用一支旧铅笔、铁丝和小铃铛,做一个只用笔尖就能站住的风铃。

    (责任编辑 郭向和)

随便看

 

科学优质学术资源、百科知识分享平台,免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。

 

Copyright © 2004-2023 puapp.net All Rights Reserved
更新时间:2025/3/17 7:07:22