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進入轉動與力矩單元的課本小活動

搭配N版課本的warm up,來做個小活動。很欣賞這個設計,藉由隨手可以做的小活動,讓學生體會轉動。

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2019-10-24 14:09:50 最後編修
2016-11-08 13:50:42 By zfang
 

進入轉動與力矩的單元。以往都是從開門關門切入談轉動,或是請學生將手臂伸出,吊著輕重不一、位置不同的書包,感受力矩。這次,搭配N版課本的warm up,來做個小活動。很欣賞這個設計,藉由隨手可以做的小活動,讓學生體會轉動。


就算不做活動,也能藉三張相片從A圖C圖學到轉動的方向。
有順時鐘方向(A)與逆時鐘方向(C)二種。
而B圖,則可以引導學生,過支點的力並無法讓書本轉動。

這回嘗試將這個小活動放大,從原本只是一個人可以做的活動,變成要二、三個人相互合作的實驗。一分鐘可完成的,用十分鐘來操作發現。實驗說明、學生操作、結果與討論分析,花了前後二節課各約10分鐘的時間。(活動時間視學生反應加碼或縮減。)

zfang是 free stryle的教學方式,在303突然想到做這個活動,很意外地居然能用這個活動能串起力矩與轉動概念。而在314因為學生反應較熱絡,反而出現許多不曾想過的發現。藉這篇將教學經驗記錄下來。

不喜印學習單,所以這些內容他們得先聽我講,然後自己抄到課本空白處。


黑板的醜圖,歪歪斜斜~ 想到什麼就畫什麼。

圖形是這樣設計的:( 操作前不會跟學生說,他們抄完題目之後就進行實驗。學生都當我是亂畫的。我真的亂畫。)

  • 甲、乙、丙三個圖形的支點位置不同。
  • 對甲圖來說,F1、F2、F3是通過支點的力,讓學生操作感受不轉動的結果。F3、F4、F5則是要談力距支點遠近的影響,讓學生感受距離支點越遠,讓書本轉動越輕鬆。
  • 在乙圖中,F7、F9是通過支點的力,F6、F8、F10轉動效果一樣,但轉動方向並不全同。
  • 在丙圖中,F15通過支點,無法讓書轉動。(黑板上的丙上方還有一個過支點的力,我在小畫家裡忘了畫。)


小畫家重畫的,感覺好多了。(又偷偷加上幾個力。)

請學生注意:

  1. 手指頭壓住不會轉動的那一點為支點。怎麼壓?
  2. 施力的位置是否會影響轉動?
  3. 同一個位置,施力的角度是否也會影響轉動?又在甲上多畫了幾個力,作用在同一點,不過施力方向不一樣,誰會讓書轉動?

讓學生仔細觀察與記錄:哪些力能讓書本轉動?若會轉動?它是順時鐘、還是逆時鐘方向?施力推起來很輕鬆,還是很費勁?

在314,也開放除了指定題目之外,可以自己嘗試各種變化,例如多人同時施力... 。學生像玩一樣在推、轉課本。我則在一旁觀察學生的反應,並適時給予回饋,每一組學生獲得的不一樣。有跟我互動的學生,多了師生討論,也有的組別很安靜,快速完成。遇上有趣的發現,我就會廣播給全班,或公開鼓勵,甚至是又跳回黑板增加新的問題... 因此,這類開放的活動最後要把在各組的發現對全班做總結(收斂),才不會渾渾噩噩玩耍過一節。

 

過程中會發生,明明是討論轉動,書本居然移動了?當支點的手指沒有壓緊。怎麼調整,學生知道要壓緊一點。有一組男生很有趣,不過他們堅持不要面對鏡頭。他們不是用手指,用筆代替當支點的手指頭。不過同學們並不願照做,原因是筆尖重壓,原子筆容易斷水。但另一組則改良,不讓筆尖鋼珠直接接觸,而是用筆蓋處,或是伸縮原子筆前端。

為什麼壓緊一點會有效果?請用學過的原理觀念來解釋。其實不難,這就是摩擦力的概念。手指下壓的力為正向力,正向力越大、最大靜摩擦力也越大。

也看到一組學生用尺來推,結果尺插入頁面,怎麼辦?簡單,他們立刻調整把課本翻轉成背面,這樣就是頂著書背了。只可惜,有些已先修過的學生不願意操作,而是用看的直接得到答案。太早學到,反而失去操作的動力。

一組女生很可愛,以手指去磨的方式來施力,甚至我只要求做到是否轉動,她們卻努力地想讓它繞一圈,最後二個女孩的手臂就這麼交纏成...雙股螺旋啦!

   

實驗後,一起討論結果。

發現什麼?為什麼不會轉?有什麼共通點?初步結論是發現:如果施力有過支點就不會轉動。為什麼呢?以此為引子,進入力矩的定義,與簡單合力矩計算。如此,一節課(10分鐘的活動)結束。

隔一堂課才有時間切入力臂。

請學生事先將前一堂課的三個圖畫在黑板上。通常是用斜角30度的力來舉例,分別用分力方法與力臂概念來計算力矩。
最後講到如何畫出力臂。以我們前堂課的實驗結果為例,幫各個力畫出力臂,討論力臂與轉動難易與的關係。前面幾個不會轉動、過支點的力,因為力臂為零,故不轉動。

接著再講圓形的力臂,以圓心為支點、以底為支點,以及圓盤爬階梯的經典題型。最後則進入靜力平衡,談移動平衡(合力=0)與轉動平衡(和力矩=0)。

學生做轉動實驗,觀察結果;我則是做教學實驗,觀察學生的反應。很多老師不習慣這種無法掌握課堂節奏的方式,我卻是享受著學生們的觀察發現。每位老師操作與切入課堂方式不同,只要大家習慣,師生有了默契,都是好方法。倒是我,常常自問自答與太早講答案,這點可以調整,改成分組合作的方式,讓學生共同討論,再去引導討論與發表。

 

後記:段考考完,成果如何呢?居然有不少學生不會畫力臂,可惜。下屆除了玩之外,肯定要特別加強作圖練習!

 

2015-11-10

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