摘要：本文詳細闡述了“力的合成”的教學流程設(shè)計，意在以此為例與同行共同探討如何在課堂教學中實現(xiàn)新課程的三維教學目標。

關(guān)鍵詞：司南版；力的合成；教學設(shè)計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)03(S)-0011-3

1 教學內(nèi)容

《普通高中課程標準物理教科書·物理必修1》 （司南版）第五章第一節(jié)“力的合成”。

2 教學目標

知識與技能目標 （1）能用等效性理解力的合成與合力的概念。

（2）會計算同一直線上力的合成。

（3）掌握力的平行四邊形法則，能用作圖法求解合力，知道它是矢量運算的法則。

（4）能正確使用彈簧秤，掌握記錄矢量的方法。

過程與方法 能設(shè)計實驗對合力與分力的三要素進行記錄，能應(yīng)用力的圖示發(fā)現(xiàn)合力與分力的關(guān)系，并從這一探究過程體會科研的方法。

情感態(tài)度與價值觀 領(lǐng)略自然規(guī)律的美，培養(yǎng)探究自然規(guī)律的熱情和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

3 學情與教材分析 

本節(jié)涉及到“共點力、合力的概念和力的合成定則”三個知識內(nèi)容，是力學、動力學乃至整個物理學最基礎(chǔ)的知識內(nèi)容，學生能否理解將直接影響后續(xù)課程的學習，因而本節(jié)是高中學生物理學科分流的分水嶺，學好本節(jié)意義十分重大。

高一學生已具備一定的閱讀理解能力，但歸納概括水平較低，概括習慣多數(shù)尚未形成，抽象演繹思維還要依托形象事例來幫助。據(jù)此，共點力、合力的概念可以讓學生自學，但合力概念的重點要給予點明，并舉例解釋。

力的合成定則中的同一直線問題初中已學，但容易遺忘，教學中不能當成學生已知而避而不談，也不能簡單口頭復述，要以問題的形式引導學生自覺回顧，以加深理解。

讓學生自主發(fā)現(xiàn)互成角度的力的合成規(guī)律，涉及矢量（力）的實驗記錄，矢量（力）的描述以及描述圖中進行發(fā)現(xiàn)三個環(huán)節(jié)。在初中，學生已在“光的折射”一節(jié)中練習過如何用實驗記錄光線的位置和方向。本節(jié)之前剛學習了力的圖示，而在圖示中發(fā)現(xiàn)分力與合力的平行四邊形的關(guān)系，只要實驗記錄及圖示做得準確，是很容易感覺出來的。因而，讓學生獨立發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律是可行的。當然，發(fā)現(xiàn)過程需要學生的方法遷移與創(chuàng)新能力，空間想象能力和嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。因此，學習中需要教師給予及時的啟發(fā)與點撥。

由于橡皮筋兩次拉回同一點時微小的視覺誤差，會明顯影響實驗的結(jié)果，其精度不如懸掛法，提示學生在實驗中要特別注意。

4 教學準備 

（1）事先要選擇好演示用的沙袋與細線，使得單股線拉時線斷，雙股線拉時不斷。

（2）每兩人為一組，準備鐵架臺一架，彈簧秤2把，鋪紙的平木板1個。橡皮筋、棉線、鉤碼等學生可依自己設(shè)計的方案任選。

5 教學過程

（一）引入新課 

（1）問：力的作用效果由哪幾個因素決定？如何完整地描述一個力？（決定因素有大小、方向、作用點；完整描述可以用力的圖示）

（2）（出示2個相同的沙袋）問：如何將沙袋停放在空中？（生答：用線懸掛）

（3）（師將沙袋用一根棉線懸起，但棉線斷

*本文獲全國教育科學“十五”規(guī)劃重點課題《高中物理新課程改革實驗研究》（批準號DHA050112）與課題《高中新課程中三維目標的確立與實現(xiàn)研究》的資助。

了）又問：怎么辦？

（生：方法一：將剛才的棉線折成兩股后再懸掛沙袋；方法二：換用一根較粗的線去懸掛）

（4）（師按生的兩方法成功地將沙袋懸起，如圖1板畫，表揚學生）

再問：剛才用單股線掛時斷了，用雙股線掛為何不斷？

（生通過受力分析，回答：單股線掛時線的最大拉力TM

（學情預測及設(shè)計意圖 下面的認知過程，要求學生清楚矢量的特性及其描述方法，設(shè)置（1）以防這一知識的遺忘并促進對其主動運用。設(shè)置（2）、（3）、（4）環(huán)節(jié)是為引入共點力、合力這兩個概念，將單調(diào)的新概念的學習融入到用舊知識解決實際問題的過程中。同時在解釋線為何斷的過程中，復習與下面學習相關(guān)的知識和技能，為學生能自主探究力的合成作必要的鋪墊。）

（二）新課教學 

共點力、合力、分力的定義：

（5）師介紹共點力的定義，并以圖2為例加以說明。

（6）師介紹合力的定義：像圖2那樣，T直接將沙袋懸掛住，而T1、T2共同作用也將同樣的沙袋懸掛住，因而T單獨作用與T1、T2共同作用的效果相同，這樣，T就叫做T1、T2的合力。反過來，T1、T2叫做T的分力。像這樣，如果幾個力共同作用的效果和一個力單獨作用的效果相同，這個力就叫作那幾個力的合力。求幾個力的合力叫作力的合成。

合力、分力定義的強化：

（7）讓生判斷

①如果在如圖2所示中，左右兩邊的沙袋不同，T能否稱為T1、T2的合力？（不能）

②將圖2所示中右邊的兩條線掰開成如圖3所示，這時，T3、T4與G是否為共點力？（是）T能否稱為T3、T4的合力？（可以）

③（出示已釘在木板上的橡皮筋）問：用一個力F與用兩個F1、F2分別拉同一橡皮筋（如圖4），在什么情況下F可以稱為F1、F2的合力？（當兩次拉后橡皮筋伸長的長度都相同時）



（學情預設(shè)及設(shè)計意圖 共點力的概念學生只需按定義的字面意思進行理解即可，合力的概念如不加點明、舉例判斷，學生無法當場理解，而這一概念的理解將直接關(guān)系到能否獨立探究力的合成規(guī)律，因此設(shè)計（7）環(huán)節(jié)加以鞏固落實。環(huán)節(jié)（7）中的圖3、圖4，為下面設(shè)計記錄合力與分力的實驗提供基礎(chǔ)素材，減小設(shè)計時的思維量和時間。）

分力共線時力的合成：

（8）以圖4的右圖為例，引導學生應(yīng)用初中知識證明當分力F1、F2在同一直線時有：

F1、F2同向時 F合=F1+F2①

F1、F2異向時 F合=|F1-F2|（方向與較大的分力相同）。②

分力間互成角度時力的合成：

（9）問：當分力互成角度時，它們與合力的關(guān)系與分力同向時一樣嗎？（讓學生猜想：有的認為是，有的認為不是）

（10）讓學生觀察下面的實驗。（師演示：將圖3中的兩線掰得更開些，直至棉線斷開。）

問：這一現(xiàn)象說明了什么？（師生分析：同向時線不斷；互成角時線斷，說明T3、T4大于T1、T2，因 T=T1+T2，故T3+T4>T，說明互成角度時合力的大小不再等于兩分力的和，即T≠T3+T4。

（11）師：T≠T3+T4，但T3、T4與T具有相同的作用效果，我們相信它們有一定的聯(lián)系規(guī)律，應(yīng)如何揭示這一規(guī)律呢？請同學想一想。

師生討論得出：由于力的作用效果與大小、方向、作用點有關(guān)。因此，合力T與分力T3、T4的關(guān)系不僅與大小有關(guān)，還可能與力的方向和作用點有關(guān)。因此，要揭示其關(guān)系的規(guī)律，除關(guān)注大小外，還應(yīng)關(guān)注方向和作用點。為此，應(yīng)先準確地記錄合力與分力的大小、方向和作用點。再用力的圖示法將合力與分力描繪出來，然后慢慢進行分析研究。

（學情預設(shè)及設(shè)計意圖 力的合成規(guī)律在互成角度時與在同一直線時是否相同，學生難以作出準確的判斷。如去除（9）～（11）三個環(huán)節(jié)，學生會感到突然，對（12）以下環(huán)節(jié)的目的意義，不能有較深的認知，（9）～（11）三環(huán)節(jié)可以讓學生清楚下面要研究什么、為什么要研究、如何研究，并通過對這些問題的思考、判斷，鍛煉自己，提高能力。）

（12）師：請同學們設(shè)計一個實驗方案，測量并記錄合力與分力的大小、方向、作用點，要求說明實驗步驟。

（13）用實物展示儀展示同學們設(shè)計的方案，并引導大家進行評價、修正和比較，確定較理想的幾種方案。

方案1（懸掛法）：

①如圖5所示用兩彈簧秤將重物懸掛起來。

②用貼有白紙的平木板貼近（不能壓）三股細線上，用黑筆在板上及線上記下結(jié)點O及三細線的位置A、B、C。

③記下彈簧秤TA、TB的讀數(shù)。

④改用一把彈簧秤直接懸掛重物，將平木板貼近細線，并使板上已記的點O、C與線上的點O、C重合，再用黑筆在板上及線上記下懸線的位置D，并記下彈簧秤的讀數(shù)T（圖6）。

方案2（橡皮筋法）：參照課本P81（略）

（學情預設(shè)與設(shè)計思路

學生設(shè)計的方案多種多樣，教學中應(yīng)盡量給予展示、點評和鼓勵，以及時讓學生認識到不足并加以改進。

設(shè)計過程中教師應(yīng)巡查指導，有的學生文字表述不好，教師應(yīng)讓其用圖示或手勢表示其思路，然后幫助其將這些想法寫出來，這對學生的進步是很有益的。）

（14）讓學生自行選取一個方案進行實驗。

（15）要求學生將記錄下的TA、TB、T并用力的圖示描述出來，并分析三者間存在的關(guān)系。

（學情預設(shè)及設(shè)計意圖：① 將實驗記錄過程與處理記錄的過程分開，有利于時間的控制掌握。

② 實驗記錄過程中要深入學生進行指導，要將先完成的學生的記錄圖在展示儀上展示，以再次啟發(fā)后進學生及時完成實驗記錄。

③ 如沒有同學發(fā)現(xiàn)四邊形關(guān)系，可引導同學連接T與TA、TB之間的端點，觀察所構(gòu)成的圖的特點（如圖7）。

④ 如有同學較早發(fā)現(xiàn)四邊形關(guān)系，不宜急于公布，要等待多數(shù)同學有共同的發(fā)現(xiàn)后再進行展示公布，這樣有利于更多的學生體驗發(fā)現(xiàn)的歷程。

⑤ 對于部分同學圖示后的TA、TB與T不符合四邊形定則，教師應(yīng)指導其檢查記錄是否準確，圖示是否正確。）

（16）展示圖示，說明原因，提出結(jié)論。

展示得出平行四邊形結(jié)論的同學的圖示（其中應(yīng)盡量既有懸掛法，又有橡皮筋法）。也展示不能得出平行四邊形結(jié)論的同學的圖示，說明其可能的原因?？偨Y(jié)得出：平行四邊形定則（略），并說明這是所有矢量的通則。最后介紹歷史上平行四邊形定則發(fā)現(xiàn)的過程，說明定則的意義。

6 小結(jié)

以共點力、合力、力的合成定則三個知識目標的認知學習為主線，選擇合適的認知途徑，使學生在學習知識的過程中，同時獲得相應(yīng)的感悟和體驗，從而實現(xiàn)其它兩維目標。其中共點力、合力的概念的認知途徑設(shè)計成讓學生直接以定義出發(fā)進行實例判斷，以讓學生體驗從理論到實踐的思維過程；力的合成定則分為同一直線的兩力合成和互成角度的兩力合成；前者以問題的形式讓學生應(yīng)用已學的知識進行推導，以讓學生感受如何溫故知新；后者的認知學習分為四步：①判斷能否將同一直線的結(jié)論遷移到互成角度的情況。②分析不能遷移的原因。③設(shè)計實驗方案，記錄矢量——合力與分力。④研究記錄情況，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

將認知過程進行分化可以降低學生自主學習難度，依學情分析，我們預測只有分化成這四個環(huán)節(jié)，才能使學生在課堂時間里完成自主學習的任務(wù)。學生通過這些環(huán)節(jié)的自主學習至少獲得：①鍛煉如何用理論或?qū)嶒灛F(xiàn)象來判斷事物的是非；②培養(yǎng)應(yīng)用已學知識來分析解決遇到的問題；③感受忠實記錄實驗現(xiàn)象，并對現(xiàn)象進行分析的科研方法，培養(yǎng)尊重事實的態(tài)度，體會準確的實驗是科學發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

(欄目編輯趙保鋼)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。