菜刀上的力学知识

“菜刀上的力学知识”课题研究

岔口中学王瑞珍：6092005

一、问题的提出

现行物理教学过多地注重传授知识，忽视了过程与方法以及情感、态度、价值观的培养，使学生会做不懂，对物理知识只有表象化的认识。针对这种现状，我进行了深入地思考，并进行了教学尝试，把生活事例和物理结合，让学生进行小课题研究，收到了很好的效果。

一天下午，班长买了三个西瓜，用西瓜刀给同学们切西瓜，切完一个后，他问大家：西瓜刀和菜刀有什么区别？有的同学说，西瓜刀比菜刀窄：还有的同学说，西瓜刀更锋利。班长举起西瓜刀说：西瓜刀是楔形的，而菜刀是长方形的。同学们兴致被调动起来了。菜刀是学生生活中常见的工具，其中涉及很多物理知识，所以，我决定在学完力学知识后让学生搞一次“菜刀上的力学知识”课题研究。

二、课题研究过程

1、活动的开展

第一阶段：准备和指导

我介绍了本次课题研究的意义，（菜刀是我们日常使用的简单工具，其中涉及很多力学知识。）并布置了课题——“菜刀上的力学知识”，同时展示了四把常用的菜刀——普通菜刀、西瓜

刀、剁肉刀、锯齿刀，让同学们讨论从哪些方面去研究。讨论后我明确了本次课题研究的任务，一是认真观察各种菜刀的外形，发现其形状、结构上的特点，从静力学的角度去研究；二是结合菜刀的功能和用途，对菜刀使用过程中的情况进行分析，从动力学的角度去研究。

为了有效开展活动，我结合学生各方面的能力，以八名同学为一组，设立了六个“课题小组”，并通过自我推荐结合选举的方式确定了六个组长。接着提出了本次活动的注意事项：在研究过程中一定注意安全，使用菜刀进行实验探究时必须有老师或家长陪同。然后每个小组的成员坐在一起商议制定研究计划。之后，各小组选派代表宣读自己的研究计划。修改后写出一份详细的研究计划。容包括小组负责人、小组成员、研究地点、材料、信息的来源、研究容、研究方法等。并及时通知家长。

第二阶段：设计方案，开展研究

我让学生在课外收集各种菜刀。面对形态各异的菜刀，同学们认真观察，潜心思考，热烈讨论。有的同学测量了各种菜刀的质量、刀身长度、刀把长度、刀身厚度，还有的同学从各种角度拍摄了各种菜刀。同学们发现各种菜刀都做成了“楔形”，却百思不得其解，我便画出了下面的图形：□▽问：“哪个更容易进入硬物中？”，“楔形的”。接着我又用下面的受力分析图进行分析，说明在所用向下的力Ｆ相同时，菜刀楔形越尖，产生的对物体的侧向力越大，越容易把物体分开。所以，“楔形”越尖，越

容易进入硬物中。

同学们发挥各种能动因素，走访了肉店、饭店，大胆猜想，设计实验，得出了自己的结论，如期上交了研究报告。

第三阶段：交流、评价

我们安排了一课时的交流活动，由学生主持，让部分学生汇报他们在某一点上具有创新或比较完整的研究成果。在汇报中，各小组交叉评定、相互补充，展开了激烈的讨论，使研究成果进一步深化。

汇报形式多种多样，有的采用演示文稿，有的展示了自己拍照的各种菜刀照片，有的展示了从网上下载的信息，有的结合自己所拍摄的厨师切萝卜丝的动作，说明了切丝形食物时，要以刀尖为支点，以减少切割时刀身移动的距离，从而加快切割的速度。

同学们在研究中有很大收获，比如对外形进行研究后，发现了下面的力学知识。

刀口锯齿形增大刀与切割物摩擦，便于分开硬物。

锋利压力相同受力面积越小，压强越大。

平整减小摩擦。

楔形刀身以较小刀产生较大的侧向力

质量同高同速下落时，质量大的刀做的功多。

有的同学还设计了控制变量条件下的实际操作，用不同的刀分别切水果、肉、冻肉，记录省力、费力程度，比较优劣，并对实验结果进行了初步的误差分析（如下表所示）

有一组同学对锯齿形刀进行了重点研究，他们设计实验研究了锯齿形刀切割不同物品的情况。

该组同学进一步分析，得出了下面的结论：锯齿形刀在切割物体时，由于它的齿，导致推拉时均能使物体沿刀运动的方向受力。

这节课我还组织了切实物的实际操作比赛，让每组选一名同学参赛，参赛选手根据实物类型和切割要求选刀并实际切割，同学们表现出了很高的积极性。

2、学生研究成果的分析

从以上分析可发现，学生几乎用过了学过的全部力学知识，如压强知识、力的分解、杠杆平衡原理、摩擦力等。在研究的方法上，大部分学生应用观察法、比较法、分析法，他们利用观察法了解各种菜刀形状、构造上的特点，寻找不同点；运用测量方法，测量刀身或刀背的长等，并注意到减小实验误差；还有两个组的同学使用了实验法，他们设计了在控制变量条件下的实际操作。

通过这次活动，学生搜集信息、观察事物的能力和验证信息、实施实验的能力得到了很大提高。他们已经从一般的认知技能开始向较高层次的“综合能力”转化。在对现象分析的过程中，大部分学生使用定性分析的方法，也有少数学生使用了半定量的分析方法，如一位同学在分析刀的锋利程度与切割效果的关系时，对一定长度的刀的刀口横截面积大小对于相同的力所产生的压强的影响作出了简单的估算。

3 、课题研究成果的评价

在对课题研究报告的评价中，我采用定性评语与定量记分相结合的评价方法。评语式评价主要指出学生在研究过程中的特点和有创意的地方。记分式评价则从三个方面来考查研究成果报告的质量：第一是容，包括观察的全面性和分析的正确性；第二是方法，包括方法的科学性和资料的多源性；第三是书写，包括结构的规性和语句的通畅性。其中第一点、第三点重在研究成果，而第二点主要是考查研究过程。为了突出研究过程的独创性，我

们又设立了附加分，与以上三个方面不挂钩，重在考查学生在研究过程中，是否有独特的观察视角、选用的知识是否超前，所用的知识是否独特，能否有合理的“奇思异想”。

三、对在学生中开展小课题研究的思考

在学生中开展课题研究，可以把学生置于一种动态、开放、主动、多元的学习环境中。首先，课题研究的学习环境是开放的，课上与课下结合，校与校外呼应，小组外互补；其次，课题研究的思维环境是开放的，学生不再仅仅是跟随老师对知识传授的思维设计，而是把思维建立在自己对问题的感性认识和理性思维上，而且在交流过程中，同学们又接触到其他小组对问题的不同感性认识和理性思维，构成一个多元化的思维环境。开展课题研究，打破了教材的条条框框，可以充分挖掘学生的思维能力、想象能力、分析问题能力及动手能力等，从而激活其创新意识。更重要的是，通过开展课题研究，可以让绝大多数同学都能参与，为各种程度学生的发展留出更大的空间。同时开展课题研究，可以使物理课丰富、多样化，提高学生的学习兴趣，使学生自觉主动地学习，更重要的是研究活动使学生加深了对知识的理解，提高了学生独立学习能力，特别是分析、比较、整理、归纳和探究、实践能力，同时使学生树立了学习物理的基本观念，掌握了学科的研究方法和科学的学习方法。