王治國

(江蘇省南京市雨花臺中學(xué)，江蘇　南京　210012)

創(chuàng)設(shè)有效情境突破力的分解難點教學(xué)——《力的分解》的教學(xué)分析及設(shè)計

王治國

(江蘇省南京市雨花臺中學(xué)，江蘇南京210012)

摘要：本文試圖通過創(chuàng)設(shè)多種情景，激發(fā)學(xué)生觀察、體驗，領(lǐng)悟“力的實際效果”和“等效替代”的思想方法；通過整合多種教學(xué)資源，幫助學(xué)生掌握力的分解方法,感悟力的分解在解決實際問題中的重要意義，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強學(xué)生合作學(xué)習(xí)與探究性學(xué)習(xí)能力.

關(guān)鍵詞：力的分解；創(chuàng)設(shè)情境；教學(xué)設(shè)計

1教學(xué)分析

《力的分解》是高中物理教學(xué)中的一個重點和難點，同時作為初高中物理銜接的重要“臺階”，它一直是廣大高中物理教師研究的熱點內(nèi)容.難度主要來自兩個方面：一是“分力的作用效果”比較抽象，學(xué)生缺乏必要的感性認識，從而難于把握“將力沿什么方向進行分解”；二是要求學(xué)生具有較強的“應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力”.

多年來不少教師在處理這部分教材時，沒有充分認識到學(xué)生剛步入高中時的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力，不注意創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情景作適當鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生自主體驗、領(lǐng)悟“力的分解的內(nèi)涵”、“力的分解的思想方法”，而是對這部分內(nèi)容“蜻蜓點水”一帶而過，急于把學(xué)生引導(dǎo)到“力的分解的應(yīng)用”上去，使之變成一節(jié)習(xí)題課.這種處理方法剝奪了學(xué)生對“力的分解內(nèi)涵”的體驗與領(lǐng)悟過程，無法使學(xué)生真正理解其中的思想方法，導(dǎo)致學(xué)生對力的分解內(nèi)涵學(xué)的不實，力的分解方法學(xué)的不活，知識的遷移能力得不到提高.

2教學(xué)過程設(shè)計

針對本節(jié)課的特點，本設(shè)計通過創(chuàng)設(shè)多種教學(xué)情景，采用“理論分析、情景再現(xiàn)、活動體驗、實例分析”等教學(xué)方法.讓學(xué)生通過親身的體驗和感受，理解分力作用效果的客觀存在性和唯一性,進而掌握“如何對力進行分解”的方法.教學(xué)中盡可能地給學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境和參與的平臺,讓學(xué)生獲得豐富的體驗，形成深刻的感受,從而達成新課程理念中的三維目標的立體整合.

(1)創(chuàng)設(shè)“生活化”的激趣情境，激發(fā)學(xué)生探究欲望

取一個質(zhì)量較大的砝碼放在桌子上，問：用細棉線把它提起來，用一根線易斷還是兩根線易斷？

學(xué)生回答一根線易斷.

實驗：用一根細線可將砝碼穩(wěn)穩(wěn)地提起，而用兩根同樣的細線(使兩線間有較大的夾角)提砝碼時，細線斷了.

學(xué)生非常詫異，議論紛紛.

設(shè)問：為什么兩根線的效果反而不如一根線呢？學(xué)完本節(jié)課后就會明白其中的奧妙.

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)與學(xué)生的生活經(jīng)驗相矛盾的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生會萌生疑問，引發(fā)認知沖突和好奇心,從而激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)需求,由被動進入了主動狀態(tài)，為新課學(xué)習(xí)做好心理上的鋪墊.同時又能使學(xué)生親身感受物理與日常生活的密切聯(lián)系,從而養(yǎng)成觀察生活現(xiàn)象的習(xí)慣，讓學(xué)生真正做到“愛學(xué)”、“樂學(xué)”和“會學(xué)”.

(2)創(chuàng)設(shè)有效的實驗情境，加深對“力的分解內(nèi)涵”的理解

演示實驗：如圖1，橡皮筋兩端固定，用力豎直向下拉懸繩，在該拉力的作用下兩根橡皮筋都發(fā)生了伸長，結(jié)點到達的位置為O(邊講邊實驗)將兩橡皮筋伸長的方向及拉力畫出來并加以表示.再用兩個力F1、F2拉橡皮筋，使結(jié)點達同樣的位置O.

問：用兩個力拉橡皮筋，與一個力拉，效果相同嗎？

圖1

學(xué)生：相同.

點拔：前面我們學(xué)過若一個力產(chǎn)生的效果與幾個力共同作用產(chǎn)生的效果相同，這個力就叫那幾個力的合力，現(xiàn)在又清楚地看到與之相反的另一種情況，兩個力共同產(chǎn)生的作用效果與一個力產(chǎn)生的效果相同，我們把這兩個力叫原來那個力的分力.

求效果與原來那一個力效果完全相同的分力的過程叫力的分解.

引導(dǎo)：將剛才的演示實驗與“兩個力的合成”實驗進行對比，力的分解應(yīng)當遵循什么法則？

學(xué)生：兩實驗只是步驟恰好相反，力的分解是力的合成的逆運算，所以也應(yīng)當遵循平行四邊行定則.

設(shè)計意圖：通過兩次拉橡皮筋的實驗的比較，創(chuàng)設(shè)形象直觀的實驗情景，讓學(xué)生比較，體驗，在此基礎(chǔ)上，引入分力和力的分解的概念，使學(xué)生更容易理解“力的分解是力的合成的逆運算”.同時，強化等效替代的思想，培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析問題的能力.

(3)創(chuàng)設(shè)開放的對話情境，體會力的分解的多解性

啟發(fā)：根據(jù)上面的結(jié)論，要分解一個力，應(yīng)當把這個力當成什么？

學(xué)生：把這個力當成平行四邊形的對角線.

問：那么分力應(yīng)當怎樣表示？

學(xué)生：分力應(yīng)該是平行四邊形的兩個鄰邊.

圖2

分組實驗：如圖2所示，用一根線對折后拴在橡皮筋上，試著改變細線間的夾角，每次用不同的力把結(jié)點拉伸到同一位置O點.

問：實驗現(xiàn)象說明了什么問題？

學(xué)生思考后得出：一個力分解的結(jié)果是不確定的，即一個力可以分解為無數(shù)對大小、方向不同的分力.

啟發(fā)：對，這就好比7等于哪兩個數(shù)相加，有無數(shù)個答案一樣，那么如果給定兩個分力的方向，分解的答案能唯一確定嗎？試著作圖并思考.

學(xué)生作圖后回答：這種情況下力的分解是唯一的.

設(shè)計意圖：通過對話、實驗與交流，營造民主和諧的課堂氛圍，讓更多的學(xué)生參與進來，經(jīng)歷知識的發(fā)生、發(fā)展過程，體驗其中的科學(xué)思想和思維方法，對力的分解的不確定性有更加直觀的感受和深刻的理解，促進學(xué)生知識、能力、情感的全面發(fā)展，提高課堂教學(xué)的有效性.

(4)創(chuàng)設(shè)典型的問題情境，建構(gòu)“力的分解的思想方法”

問題1斜面上物體的重力分解

體驗探究：在水平伸出的手掌上放一本書，然后逐漸傾斜至?xí)禄?，并說出感受.

圖3

如圖3所示，在一傾斜放置的塑料尺上放一物體，物體上系一橡皮筋，橡皮筋另一頭系在塑料尺上方的釘子上，觀察橡皮筋的長度變化和塑料尺的彎曲情況.

討論交流：

①斜面上物體的重力產(chǎn)生了怎樣的效果?

②應(yīng)沿哪兩個方向分解重力?試作出重力分解的示意圖并求出兩個分力的大小.

圖4

③有人說上圖4中重力G可以分解為下滑力G1和對斜面的壓力G2，這種說法對嗎？為什么？

④長江大橋的引橋為什么要建得那么長?

圖5

實驗驗證：觀看如圖5所示的自制的斜面重力分解演示器：不斷地改變傾角，讓學(xué)生感受彈簧秤和臺秤示數(shù)的變化.

設(shè)計意圖：新課程強調(diào)體驗式教學(xué)，為此設(shè)計體驗探究、實驗觀察這一活動環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在親身經(jīng)歷中真真切切地感知“力的實際效果”,在此基礎(chǔ)上開展自主探究，最終使學(xué)生明確力分解的基本思路和方法,掌握用作圖法和計算法處理物理問題的能力.

運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題是高一學(xué)生感到困難的問題之一，討論交流②的目的是為了讓學(xué)生逐步學(xué)會應(yīng)用數(shù)學(xué)方法解答物理問題，體會作圖法、三角函數(shù)法在力的分解中的重要作用，感受科學(xué)方法的重要性.

討論交流③意在讓學(xué)生明確在對物體受力分析時,不能將合力與分力重復(fù)分析，了解分力并非物體實際受到的力，只是為了研究問題方便，用分力替代而已，避免出現(xiàn)將G2認為是對斜面的壓力，從而進一步理解合力與分力的等效替代關(guān)系.

討論交流④目的是讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用理論解決實際問題，養(yǎng)成理論聯(lián)系實際的良好習(xí)慣，從而深刻理解科學(xué)的價值，感悟科學(xué)的魅力.

問題2對物體斜向上拉力的分解

圖6

圖7

觀察體驗：如圖7，取一個長50cm有機塑料尺，架在兩個物體上，再把一個重約15N的物塊放在上面，可看到：塑料尺被壓成弓形，然后用一個斜向上的力F作用到物體上并使物塊緩慢向右移動.

思考與交流：

①拉力F沿哪兩個方向分解?請作出分解F的示意圖，并求出兩個分力的大小.

②試求物塊所受的支持力與摩擦力?

③若將拉力改為推力,又當如何分解?

④在生活、生產(chǎn)中有相似的實例嗎？

實驗驗證：

圖8

如圖8所示，將帶有毛刷的物塊放在臺秤上，用斜向上的力拉它，逐漸增大拉力，讓學(xué)生觀察臺秤示數(shù)及物塊下面毛刷的形狀變化.

設(shè)計意圖：通過簡單、直觀的實驗,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會觀察實驗現(xiàn)象，思考實驗現(xiàn)象背后的問題，從而獲得真實的體驗,為最終確定兩個分力的方向打下基礎(chǔ),進一步加深對力的效果分解法的理解.

問題3支架受到的拉力

圖9

圖10

實驗與體驗：

①學(xué)生活動：每兩個同學(xué)一組，一位同學(xué)一手叉腰，另一位同學(xué)向下拉他的肘部，感受向下的力所產(chǎn)生的效果,然后再相互調(diào)換，體會拉力對手臂產(chǎn)生的作用效果.

②演示實驗：用支架受力顯示器來顯示重物的拉力對支架的作用效果，發(fā)現(xiàn)N處橡皮條凸起，說明NO桿受拉力，M處橡皮條凹下，說明MO桿受壓力.

思考交流：

①怎樣確定桿OM、ON的受力方向?試畫出拉力的分解示意圖，并求出兩分力大小.

②在我們生活、生產(chǎn)實踐中，該實例又有哪些應(yīng)用？

③如何分解一個力，分解的步驟是什么？

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)“用身體感受力的作用效果、用實驗放大力的作用效果”的情景,無疑是破解“力的作用效果的隱蔽性”的一個行之有效的方法.同時學(xué)生在相互合作、交流、體驗中可以提高自己的學(xué)習(xí)能力，增強對所學(xué)知識的理解，體驗合作學(xué)習(xí)的快樂.

(5)創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境，激勵自主探究，強化知識遷移

應(yīng)用1：為什么用兩根互成角度的線提物體時易斷？要求畫圖說明.

學(xué)生討論：重物的重力產(chǎn)生兩個作用效果，一個沿繩拉OA，另一個沿繩拉OB，作圖11可發(fā)現(xiàn)，兩繩夾角越大，繩的拉力就越大，且可能大于重力，故用兩根互成大角度的繩拉物體時繩易斷.

圖11

應(yīng)用2：成語“迎刃而解、勢如破竹”描述的是用刀從竹子上端劈下，只要劈幾節(jié)，竹子就會自動分裂開來，刀刃夾角越小，我們就說這把刀越鋒利，越能切物品，這是為什么？

學(xué)生可能回答：夾角越小，接觸面越小，壓強越大.

圖12

設(shè)計意圖：使學(xué)生感受物理與日常生活的密切聯(lián)系,貫徹“從生活走向物理,從物理走向社會”的理念,突出STS思想，同時呼應(yīng)新課的導(dǎo)入，感受學(xué)以致用思想.培養(yǎng)學(xué)生觀察生活現(xiàn)象的習(xí)慣,提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力及學(xué)習(xí)物理的興趣.

3教學(xué)反思

高一學(xué)生剛接觸到矢量概念，對力的分解的理解存在一定的困難，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，

鋪設(shè)合適的臺階，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí),是本節(jié)課的關(guān)鍵.

本節(jié)課根據(jù)課標的要求，在創(chuàng)設(shè)物理情境的基礎(chǔ)上,提出探究問題，以問題為載體，通過師生互動探究出分解力的方法作為本節(jié)課的主線.在具體的教學(xué)過程中，通過創(chuàng)設(shè)的各種情景，調(diào)動學(xué)生多種感官，多方面，多層次體驗力的作用效果，作為本節(jié)課突破教學(xué)難點的有效手段.在解決物理問題過程中，深化了物理概念的理解,強化了數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用，讓學(xué)生在寬松愉悅的氣氛中掌握了科學(xué)的方法，體驗到了獲取知識的樂趣.課堂上，有效的情境降低了學(xué)習(xí)難度，引發(fā)了學(xué)生的聯(lián)想，激發(fā)了學(xué)生的智慧，催動了學(xué)生的靈感，學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的各種情景中得到了感悟，知識和方法在活動的情景中逐步生成.

不能奢求一節(jié)課就能達到深刻認識力的分解的內(nèi)涵，全面掌握力的分解方法，所以本節(jié)課要立足基礎(chǔ)，注重為創(chuàng)建情境來進行量的積累，為最終實現(xiàn)學(xué)生能力提高的質(zhì)變創(chuàng)造條件.

參考文獻：

[1]劉炳升．走進高中新課改：物理教師必讀．南京：南京師范大學(xué)出版社，2005．

[2]張憲魁．物理科學(xué)方法教育．青島：中國海洋大學(xué)出版社，2000．

·試題研究·