初中不倒翁科学论文
不倒翁为何不倒?难道只是因为重心低吗?通过引领学生对不倒翁原理的探讨,以及设计与制作,下面小编就帮助学生深入地认识了不倒翁不倒的原因。希望对你的学习有所帮助。
初中不倒翁科学论文
不倒翁是家喻户晓人人皆知的玩具。由于它好玩,能够吸引学生的眼球,所以在通用技术课堂教学中也不失为一个良好的载体。然而,从我们对学生的提问来看,他们对不倒翁到底为何不倒认识得很肤浅,大部分学生认为是重心低。问题真的这么简单吗?下面我就以两种不倒翁为例分析其不倒的原因。
一、不倒翁不倒的原理探析
让我们先分析鸡蛋壳不倒翁(如图1),然后再分析竹签不倒翁(如图2)。
鸡蛋壳不倒翁原理:将鸡蛋壳不倒翁倾斜后,它的重心升高,这样它的重力与着地点之间就产生了一个重力力矩。由于重力力矩的作用,使不倒翁摆动,摆动的结果是:不倒翁的重心降低。当重心降到最低点时,重力力矩为零。由于惯性,不倒翁继续摆动,但此时重力力矩又阻碍它摆动,往复运动多次后最终停下来。在物理学中,鸡蛋壳不倒翁是稳定平衡。如图2(a)所示重力的力矩M= FL为零(因为重力力臂为零),此时不倒翁处于平衡状态。如图2(b)所示重力的力矩不为零,使不倒翁绕支点顺时针转动。如图2(c)所示重力的力矩不为零,使不倒翁绕支点逆时针转动。
竹签不倒翁原理:如图3所示,当竹签不倒翁倾斜时,同样是重心升高,产生的重力力矩,迫使它回到平衡位置,与鸡蛋壳不倒翁原理相似,它仍然是稳定平衡。如图4(a)所示重力的力矩为零M=0(因为重力作用线通过支点使重力力臂为零),不倒翁处于平衡状态。如图4(b)所示重力的力矩不为零,使不倒翁绕支点顺时针转动。如图4(c)所示重力的力矩不为零,使不倒翁绕支点逆时针转动。
综上所述,不倒翁不倒的原因是:当不倒翁倾斜时,它的重心升高,使之产生一个回到平衡位置的重力力矩,重力力矩使之摆动。在平衡位置时,重力力矩为零。因此确切地说,不倒翁不倒的原因是,不倒翁是一个稳定平衡的物体,即不倒翁倾斜时总能在重力力矩的作用下回到平衡位置。
二、由不倒翁不倒引发的思考
在教学中,我先让学生制作一个鸡蛋壳不倒翁,并说明不倒翁不倒的原理。大部分学生给出的答案是:不倒翁的重心低,所以不倒。教师在认同学生的观点后,可以再给学生展示另一种不倒翁——竹签不倒翁。让学生体验制作过程后,教师提出问题:竹签不倒翁为什么不倒?是因为重心低吗?这两种不倒翁原理一样吗?
学生经过制作与讨论,得出它们的区别:鸡蛋壳不倒翁重心始终在支点的上方,当不倒翁倾斜时,支点发生改变,重力产生一个转动力矩,使之回到平衡位置。而竹签不倒翁重心始终在支点的下方,当不倒翁倾斜时,支点不发生改变,但重力也产生一个转动力矩,使之回到平衡位置。无论哪一种不倒翁,它们都是稳定平衡状态的物体(如图5)。
两者看似一样,但其实又不完全一样。它们既有共性又有不同。学生通过实际制作,独立思考,才能理解不倒翁不倒的原理。这个过程能够让学生进一步去理解科学与技术,而并不是仅让学生知道一个大概的结论——重心低。
(一)技术探究的过程比结果更重要
当然,学生的探究体验,可能会得出不同的结果。但彼此冲突的结果,恰好是生成型的学科资源,在对彼此不同的'分析论证中,使学生平时习得的学科思维方式得到具体的运用。从学习的角度来说,我们认为过程比结果更重要。也就是说,提出问题、解决问题远比知道问题、理解问题更为重要。就一定程度而言,认识世界的目的在于改造世界,并且人们关于世界的认识也是随着改造世界的实践而不断深化的。在探究不倒翁为什么不倒的过程中主要是科学活动,而怎样研究不倒翁原理和怎样制作不倒翁的过程则主要是技术活动。
(二)技术是与科学同等重要的领域
目前,国内的基础教育呈现出重科学结论,轻技术方法的现象。家长和教师都愿意把结论直接告诉学生,而不是让学生通过探究得出结论。因为那样花费的时间比较多,况且探究的结果也不一定正确,所以有人会认为这样做会耽误时间。然而,人类认识世界的真实过程,从来就不是一帆风顺的。它是一个充满错误并逐步筛选接近真理的过程。一个正确的科学结论都是经过很多科学家不断努力,经历几十年,甚至几百年得出的。正像牛顿所说的:“我只是站在了巨人的肩膀上。”这个巨人是由伽利略、笛卡尔、胡克、哥白尼、开普勒等许许多多科学家构成的。他们对世界的认识也不是百分之百的正确。而今天,教育的目的都落在了考试上,研究问题的答案是唯一的——标准答案。这样的教育培养的学生只知其然而不知其所以然。在面对陌生环境时,学生无法灵活运用现有的知识解决现实问题。因此面向未来,我们应该教给学生科学的思想以及科学探究中的技术。
(三)重视技术教育,培养创新人才
目前,新课程中的通用技术课程实施已有9年,但各省重视程度大不一样。表面上,有些省设立了学业水平考试(形式上重视),有些省设为高考科目(报三本院校的考生考通用技术,一、二本不考),这些省是真的重视技术吗?难道上一、二本院校的学生就不需要学习技术吗?根本问题是很多人还没有认识到:对一个真实的社会生活来说,技术问题无处不在。科学认识世界,技术创造生活。在知识既定的前提下,有怎样的技术就会有怎样的生活。目前,不少人还没有把科学和技术区分开来,认为学了科学就等于学了技术。殊不知科学与技术是相关但不相同的两件事。通过几年的教学实践,我们深刻地认识到:只有重视了技术教育,掌握了技术方法,使每个公民的技术素养得以提高,“钱学森之问”才有可能获得完满的解答。
技术素养对国家和民族极为重要,它是衡量一个国家综合实力的主要因素。虽然每个公民的工作都需要各种不同的技术,人人都有一定的技术,但是技术是要不断优化和改进的,这就对公民的技术素养提出了更高的要求。由此看来,通用技术课程任重而道远!
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