萬小建

（江陰市祝塘中學(xué)，江蘇 江陰 214415）

2019年出版的人教版高中物理第2冊(cè)第8章第3節(jié)“動(dòng)能和動(dòng)能定理”例題2是一道以現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)為背景的多過程綜合類例題.例題情境緊密聯(lián)系生活實(shí)際，通過拉高重物，讓重物自由運(yùn)動(dòng)后夯實(shí)地面.例題的情境雖然在生活中也不常見了，但是通過學(xué)生的想象，可以讓學(xué)生感受到物理來源于生活，生活中處處有物理，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境”的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了物理例題的物理核心素養(yǎng)教育價(jià)值，對(duì)深化物理學(xué)科課程改革具有一定的示范性.［1］

1 例題導(dǎo)引

1.1 原題呈現(xiàn)

例1.人們有時(shí)用“打夯”的方式把松散的地面夯實(shí)（圖1）.設(shè)某次打夯符合以下模型：兩人同時(shí)通過繩子對(duì)重物各施加一個(gè)力，力的大小均為320 N，方向都與豎直方向成37°，重物離開地面30 cm后人停止施力，最后重物自由下落把地面砸深2 cm.已知重物的質(zhì)量為50 kg，g取10 m／s2，cos 37°＝0.8，求：（1）重物剛落地時(shí)的速度是多大？（2）重物對(duì)地面的平均沖擊力是多大？［2］

圖1

1.2 例題特征分析

（1）例題情境真實(shí).例題以現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)為背景，設(shè)計(jì)了“打夯”的生活情境，從情境、問題、知識(shí)和方法等角度全面考查了受力分析、勻變速運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理等基本知識(shí)和基本方法的應(yīng)用.例題突出了物理思想、運(yùn)動(dòng)模型建構(gòu)及研究過程選取的能力培養(yǎng)，能有效培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理原理分析和解決生產(chǎn)生活實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

（2）解題方法多樣.① 動(dòng)力學(xué)方法：可以對(duì)每一個(gè)過程用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解；也可以把外力撤去后重物落地的運(yùn)動(dòng)過程看作是一個(gè)向上的勻減速運(yùn)動(dòng)來用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)求解.② 能量的方法：可以對(duì)每一個(gè)過程分別用動(dòng)能定理求解；也可以將幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過程或者整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程作為研究對(duì)象用動(dòng)能定理求解.

（3）學(xué)生應(yīng)答困難.對(duì)于學(xué)業(yè)程度中等的高一學(xué)生，解決這類問題，通常存在以下困難：① 情境理解困難，例題描述的情境和運(yùn)動(dòng)沒有很好地解讀和理解.② 過程分析困難，重物由向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)、外力撤去后向上的勻減速直線運(yùn)動(dòng)、到達(dá)最高點(diǎn)后的自由落體運(yùn)動(dòng)以及落地后向下的勻減速直線運(yùn)動(dòng)4個(gè)過程組成，過程復(fù)雜性影響解題.③方法選擇困難，動(dòng)力學(xué)方法和能量方法是本題可用的兩大求解方法，盡管教材例題里面已經(jīng)直接給出了最具簡(jiǎn)潔之美的解題過程，但選取怎樣的研究過程，對(duì)解題的繁簡(jiǎn)程度影響巨大，是解答本題的關(guān)鍵.

1.3 引發(fā)的思考

如何使該例題的教學(xué)發(fā)揮更大的教育價(jià)值必然是教師思考的問題.筆者認(rèn)為，在教學(xué)中讓學(xué)生應(yīng)用知識(shí)基礎(chǔ)自主生成不同的解題方法與解題過程；幫助學(xué)生在嚴(yán)密地分析推理過程中感受到科學(xué)思維的快樂，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的間接興趣.［3］讓學(xué)生在自主探究學(xué)習(xí)找到高效快捷解題方法的過程中獲得成就感，悄無聲息地培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

要發(fā)揮該例題的教學(xué)價(jià)值.教師引導(dǎo)的藝術(shù)在于稚化，揣摩學(xué)生的思維特點(diǎn)和思維狀態(tài)，把自己的思維稚化到學(xué)生的狀態(tài).讓學(xué)生可能出現(xiàn)的情況在教師講解過程中發(fā)生，學(xué)生在批判、質(zhì)疑教師解決問題的過程中實(shí)現(xiàn)自我生成.選取合適的解題方法，完善自己的思維，獲得成功探索的快樂，增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的興趣.

2 教學(xué)稚化的策略

稚化思維的一種方式，就是教師主動(dòng)裝笨，有意識(shí)地將自己的思維退回到與學(xué)生相仿的思維態(tài)勢(shì)，把熟悉的當(dāng)成陌生，把再次授課當(dāng)成首次接觸，設(shè)身處地揣摩切合學(xué)生心態(tài)的一種教學(xué)藝術(shù).教師把自己的思維稚化到和學(xué)生一樣的狀態(tài)，想學(xué)生所想，思學(xué)生所思，不冒進(jìn)不激進(jìn)，不越俎代庖包辦代替，以學(xué)生為主體，和學(xué)生一起共生共進(jìn)，誘發(fā)學(xué)生自主生成.在教學(xué)中，教師要始終站在學(xué)生的立場(chǎng)，從學(xué)生的認(rèn)知起點(diǎn)出發(fā)來改進(jìn)教育教學(xué)方式，使得學(xué)生更愿意接受教師的觀點(diǎn)，能夠較為順利地理解物理知識(shí)，進(jìn)而提高教學(xué)效果.［4］

2.1 裝笨擇繁，誘發(fā)學(xué)生簡(jiǎn)化

在解答例題的第（1）小題時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生自主審題，自由討論，通過受力分析得到重物的運(yùn)動(dòng)過程（如圖2所示）.學(xué)生在學(xué)習(xí)本章內(nèi)容之前，一直是從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度來思考問題的，利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式來解題，是學(xué)生的本能反應(yīng)，習(xí)慣性的思維方式，是學(xué)生的拿手好戲.教師可以順著學(xué)生的思維方式，裝笨擇繁，展示思路1：選擇從動(dòng)力學(xué)的角度來解題，對(duì)每一個(gè)過程列牛頓第二定律的方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)v2－v02＝2ax的方程，再列一個(gè)位移關(guān)系方程，但由于A－B和B－C過程的加速度都是重力加速度g，不需要列牛頓第二定律的方程，所以，一共需要列5個(gè)方程.引導(dǎo)學(xué)生簡(jiǎn)化.學(xué)生可能會(huì)展示思路2：A－B－C的過程是一個(gè)豎直上拋運(yùn)動(dòng)，可以整體看作一個(gè)向上的勻減速運(yùn)動(dòng)，只要列一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)v2－v02＝2ax的方程；再加上第一過程的方程，共列3個(gè)方程.教師繼續(xù)裝笨，提醒學(xué)生本節(jié)所學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思維，思考有沒有另外的簡(jiǎn)化方法？

圖2

在很多問題情景的解決過程中，由于學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知、思維能力、思維習(xí)慣等因素的影響，學(xué)生選取的方法并不是解決問題的最佳方案.教師不要越俎代庖，直接給予最優(yōu)方法，而應(yīng)該稚化自己的思維，分析學(xué)生解決此問題的能力情況，沿著學(xué)生的思路進(jìn)行引導(dǎo)式教學(xué)，裝笨擇繁，誘發(fā)學(xué)生簡(jiǎn)化，在解決問題的方法比較中，提升學(xué)生解決問題方法的選擇能力.

例2.如圖3所示，質(zhì)量為M＝4.0 kg的足夠長(zhǎng)薄木板自由地靜置在光滑水平地面上，質(zhì)量m＝1.0 kg的小滑塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）以速度v0＝3.0 m／s從左端沖上木板，已知滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.20，g取10 m／s2.求：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定后，滑塊在木板上滑行的距離.

圖3

解析：在學(xué)完“動(dòng)量守恒定律”后的綜合訓(xùn)練中，讓學(xué)生練習(xí)該題，學(xué)生受自己的解題經(jīng)驗(yàn)和解題習(xí)慣影響，一般都會(huì)選用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式來解題，解題過程如下.，所以，x＝1.8（m）.教師在教學(xué)的過程中裝笨擇繁，沿著學(xué)生的思路，展示如上方法，讓學(xué)生判斷是否正確，并請(qǐng)學(xué)生思考有沒有其他解題方法了？學(xué)生對(duì)以上解題思路和解題方法比較熟悉，都會(huì)認(rèn)為正確.受前經(jīng)驗(yàn)的影響，很難想出新的解題方法.此時(shí)，教師和學(xué)生一起回顧物理學(xué)的三大解題方法，引導(dǎo)學(xué)生思考能不能用另外的兩大解題方法來解題，并嘗試如下.，所以，x＝1.8（m）.該方法所列方程數(shù)量和運(yùn)算過程得到大大簡(jiǎn)化，優(yōu)勢(shì)明顯，學(xué)生在兩個(gè)方法的實(shí)踐和比較中得到能力提升.在物理的多物體、多過程問題中，很多時(shí)候都存在方法的選取問題，教師要稚化思維，分析學(xué)生的思維特點(diǎn)，順著學(xué)生的思維裝笨擇繁，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化解題方法，用更少的方程更少的運(yùn)算達(dá)到解決問題的目的，提高方法運(yùn)用和選擇的能力.

2.2 裝笨犯錯(cuò)，誘發(fā)學(xué)生糾錯(cuò)

思路2中對(duì)豎直上拋運(yùn)動(dòng)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程，很容易列錯(cuò).要求學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的矢量性有很好的理解.在教學(xué)中教師可以裝笨，展示豎直上拋過程中各種可能錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，誘發(fā)學(xué)生糾錯(cuò)，讓學(xué)生在糾錯(cuò)中提高對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式矢量性的理解.

錯(cuò)誤同真理的關(guān)系，就像睡夢(mèng)同清醒的關(guān)系一樣；一個(gè)人從錯(cuò)誤中醒來，就會(huì)以新的力量走向真理（歌德語）.學(xué)生在物理知識(shí)學(xué)習(xí)的過程中，會(huì)有各種各樣的錯(cuò)誤產(chǎn)生；在利用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的過程中，也會(huì)產(chǎn)生一些典型的錯(cuò)誤.教師要稚化自己的思維，從學(xué)生的角度來思考物理本真和分析實(shí)際問題，從而發(fā)現(xiàn)學(xué)生可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤，在上課的時(shí)候，主動(dòng)裝笨，故意犯錯(cuò)，誘發(fā)學(xué)生糾錯(cuò)，讓學(xué)生在糾錯(cuò)中獲得成功的喜悅，促進(jìn)學(xué)生自主生成，提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

例3.一輛值勤的警車停在公路邊，當(dāng)警員發(fā)現(xiàn)從他旁邊以10 m／s的速度勻速行駛的貨車嚴(yán)重超載時(shí)，決定前去追趕，經(jīng)過5.5 s后警車發(fā)動(dòng)起來，并以2.5 m／s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，警車行駛的最大速度為25 m／s，問：（1）警車發(fā)動(dòng)后要多長(zhǎng)時(shí)間才能追上貨車？（2）在追上前，警車和貨車最遠(yuǎn)相距多少？

解析：在學(xué)完“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”之后，讓學(xué)生練習(xí)這道題，學(xué)生受負(fù)遷移的作用，慣性思維，第（1）小題很容易做錯(cuò)：設(shè)貨車速度為v1，警車加速度為a，發(fā)動(dòng)后經(jīng)過t時(shí)間追上，有，所以，t＝11.75 s.教師在教學(xué)中可以沿著學(xué)生的思維軌跡，裝笨犯錯(cuò)，展示如上錯(cuò)誤答案，讓學(xué)生判斷是否正確，判別錯(cuò)誤的根源在哪里，學(xué)生在思辨的過程中進(jìn)步，提升物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，獲得學(xué)習(xí)物理的成就感.在物理學(xué)習(xí)的過程中，有很多這樣的例子，如：在問題解決的受力分析時(shí)少分析一個(gè)力，在列動(dòng)能定理方程時(shí)少分析一個(gè)力做的功，將滑動(dòng)摩擦力的大小直接認(rèn)為是μmg等問題，學(xué)生的思維能力可以達(dá)到，但是，由于多方面的因素影響，學(xué)生又容易做錯(cuò).教師要稚化自己的思維，分析學(xué)生容易做錯(cuò)的地方，主動(dòng)裝笨犯錯(cuò)，讓學(xué)生判別糾錯(cuò)，學(xué)生在判別的過程中提升素養(yǎng).

2.3 裝笨犯難，誘發(fā)學(xué)生爭(zhēng)論

在學(xué)習(xí)本章節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生一直是從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度來分析問題的，是不能夠同時(shí)選取幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過程作為一個(gè)整體的研究過程來列方程的，那在利用動(dòng)能定理來列方程時(shí)可不可以選取幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過程作為研究過程呢？應(yīng)該選取怎樣的研究過程來列動(dòng)能定理的方程呢？學(xué)生有分歧.此時(shí)，教師可以裝笨犯難，表示自己也不知道應(yīng)該怎么選取研究過程，誘發(fā)學(xué)生爭(zhēng)論，在爭(zhēng)論中自主生成如下3個(gè)思路.思路3：從能量的視角來解題，對(duì)每一個(gè)過程用動(dòng)能定理列方程，再找3個(gè)過程的位移關(guān)系，共列4個(gè)方程；思路4：A－B－C的過程是一個(gè)豎直上拋，可以直接用動(dòng)能定理列方程，加上第一過程的動(dòng)能定理方程，共列2個(gè)方程；思路5：選取O－A－B－C的整個(gè)過程為研究過程，運(yùn)用動(dòng)能定理列方程，只要列1個(gè)方程.學(xué)生通過爭(zhēng)論，得到了解題思路，掌握了利用動(dòng)能定理解題的特點(diǎn).

有些物理問題，學(xué)生由于理解不透徹，掌握不牢固，容易發(fā)生混淆，不知道應(yīng)該怎么處理.教師可以稚化自己的思維，從學(xué)生立場(chǎng)來思考問題，分析學(xué)生可能出現(xiàn)的思維誤區(qū)和思維障礙，選擇裝笨犯難，誘發(fā)學(xué)生爭(zhēng)論，讓學(xué)生在爭(zhēng)論中明辨是非，加深理解，提高對(duì)物理問題的分析和處理能力.

例4.質(zhì)量為M的木楔傾角為θ＝30°，在水平面上始終保持靜止；當(dāng)將一質(zhì)量為m的木塊放在木楔的斜面上并給木塊一個(gè)初速度時(shí)，木塊恰好勻速下滑；如果用沿與斜面也成θ＝30°角的力F拉木塊，如圖4所示，則木塊剛好勻速上滑，已知重力加速度為g，求：（1）拉力F的大?。唬?）此時(shí)水平面對(duì)木楔的摩擦力和支持力的大小.

圖4

2.4 裝笨難斷，誘發(fā)同伴評(píng)判

本例題有5大解題思路，黑板上展示了5位學(xué)生的詳細(xì)解題過程，哪個(gè)是最佳的解題方案？教師可以裝笨，表示難以判斷，讓學(xué)生進(jìn)行同伴評(píng)判，并講出評(píng)判的依據(jù)，進(jìn)而得到思路5為最佳解題方案.該方案選取整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程作為研究過程后，重力不做功，只有兩個(gè)人施加的拉力對(duì)重物做功，方程列得非常具有簡(jiǎn)潔美，運(yùn)算過程也大大簡(jiǎn)化，將利用動(dòng)能定理解題的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)得淋漓盡致，讓學(xué)生既體會(huì)到科學(xué)之美又感受到解題方法選取的重要性.

學(xué)生在處理物理問題的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)不同思路和結(jié)論，這幾個(gè)思路和結(jié)論中可能只有一個(gè)正確，也可能都不正確，還有可能都正確但有一個(gè)是最佳的.這個(gè)時(shí)候，教師可以選擇裝笨，表示好像都有道理（或都沒有道理），難以決斷，誘發(fā)學(xué)生同伴評(píng)判，讓同伴講解評(píng)判的依據(jù).同伴間的思維特點(diǎn)都是差不多的，同伴的評(píng)判往往更切合學(xué)生的實(shí)際情況，更能夠解決學(xué)生的困惑.

例5.如圖5所示，空間存在水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)E＝2.0×104N／C，在A處有一個(gè)質(zhì)量為0.3 kg的質(zhì)點(diǎn)，所帶電荷量為q＝＋2.0×10－4C，用一不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)線將質(zhì)點(diǎn)與固定點(diǎn)O連接（AO與電場(chǎng)線平行）此時(shí)細(xì)線恰好伸直，已知細(xì)線長(zhǎng)為L(zhǎng)＝0.6 m.現(xiàn)讓該質(zhì)點(diǎn)在A處靜止釋放，重力加速度g＝10 m／s2，求：（1）質(zhì)點(diǎn)第1次到達(dá)O點(diǎn)正下方時(shí)的速度大小v1；（2）質(zhì)點(diǎn)第1次到達(dá)O點(diǎn)正下方時(shí)增加的機(jī)械能ΔE；（3）質(zhì)點(diǎn)第1次到達(dá)O點(diǎn)左方等高處時(shí)，絕緣細(xì)線的拉力大小.

圖5

解析：在學(xué)完“靜電場(chǎng)中的能量”后，讓學(xué)生練習(xí)該題，有學(xué)生認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)從靜止開始做圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)O點(diǎn)正下方；也有學(xué)生認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)做與水平方向AO成37°角斜向左下方初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng).教師裝笨難斷，讓同伴進(jìn)行評(píng)判，并講出評(píng)判對(duì)錯(cuò)的依據(jù)，進(jìn)而明晰對(duì)錯(cuò)，理解事物運(yùn)動(dòng)的本質(zhì).在物理教學(xué)的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)幾種結(jié)果的情況，如：重的物體和輕的物體哪個(gè)下落得快？當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)電荷靠得很近時(shí)庫侖力會(huì)達(dá)到無窮大嗎？用一個(gè)非常大的力推動(dòng)物體加速很長(zhǎng)時(shí)間后，物體的速度可能會(huì)大于3×108m／s（超光速）？這些問題不是很難，但是涉及到對(duì)物理學(xué)本質(zhì)的理解，學(xué)生出現(xiàn)不同結(jié)論后，教師選擇裝笨難斷，引導(dǎo)學(xué)生同伴評(píng)判，在評(píng)判中提升對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解.

3 結(jié)語

人教版高中物理“動(dòng)能和動(dòng)能定理”例題2充分展示了教學(xué)是一門“慢”的藝術(shù).教師在教學(xué)中要稚化自己的思維，分析學(xué)生的思維特點(diǎn)和思維狀態(tài)，基于學(xué)生立場(chǎng)，善于裝笨，誘發(fā)學(xué)生自主生成，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)、糾錯(cuò)和評(píng)判的主體，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).