李雪梅

摘? ? 要：在“力的分解”的教學(xué)中，學(xué)生最難理解的是按照力的作用效果來分解力。為突破這一教學(xué)難點，讓學(xué)生自主講解這節(jié)課，自行查找資料、設(shè)計實驗、分析教材、制作課件、上臺講解。最后，學(xué)生一致認為，建立直角坐標系，按照需要分解力，是他們最喜歡且最容易理解的方法。

關(guān)鍵詞：力的分解；分組學(xué)習(xí)；自主講解；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）5-0034-4

１? ? “力的分解”的教學(xué)困惑

“力的分解”是高中物理的重點與難點，其豐富的教學(xué)內(nèi)容是高中階段培養(yǎng)學(xué)生良好習(xí)慣和發(fā)展學(xué)生物理能力的有效載體。尤其“力的分解”是“力的合成”的逆運算，既承接力的合成，又為后續(xù)的物理學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)［１］。

筆者在教學(xué)中采用體驗、實驗的策略，讓學(xué)生動手實驗，直接觀察獲得經(jīng)驗或感受，再運用平行四邊形定則求解兩分力的大小，讓學(xué)生達成學(xué)習(xí)目標。

原以為通過實驗讓學(xué)生體驗了力的作用效果，學(xué)生就應(yīng)該理解、掌握這節(jié)知識，但事實上學(xué)生覺得最難理解的就是力的作用效果。找不到力的作用效果，也就不知該如何分解力。這也就成了筆者教學(xué)的一大難題。

２? ? 前期準備

２．１? ? 教材分析

在教育部制定的《普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）》中，這一部分的要求為：通過實驗，了解力的合成與分解，知道矢量與標量［２］。因此，新教材［３］把“力的合成與分解”設(shè)計為一節(jié)課，其教學(xué)目標就是只要求學(xué)生在力的合成與分解中學(xué)會運用平行四邊形定則，知道合力與分力的等效替代關(guān)系。具體實際情境中的受力問題并不要求學(xué)生解答，而是在“共點力的平衡”中去解決這些問題，這有利于幫助教師理解和規(guī)范“力的合成與分解”的教學(xué)目標［４］。

教材中這節(jié)內(nèi)容的關(guān)系如圖１所示。

但在實際教學(xué)中，考慮到高一學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，本節(jié)教材內(nèi)容往往分成兩節(jié)課進行：第一節(jié)課講“力的合成”，第二節(jié)課講“力的分解”。第二節(jié)課將進一步學(xué)習(xí)等效替代的方法，學(xué)習(xí)平行四邊形定則，并鞏固矢量運算的方法。這也為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)“共點力平衡”和“牛頓運動定律”這些物理知識打下堅實的基礎(chǔ)。因此，“力的分解”既是本章教學(xué)的難點，也是本章教學(xué)的重點。

２．２? ? 分組準備

傳統(tǒng)的物理教學(xué)受應(yīng)試教育的影響，教學(xué)目的更多地傾向于教師如何教，如何讓學(xué)生獲得更高的分數(shù)，而忽略了學(xué)生的學(xué)和學(xué)生的主體性。在“發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)”的教育大環(huán)境下［５］，筆者也在反思自己的教學(xué)：怎樣讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人？

筆者決定以“發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)”為目標，對自己的物理課堂教學(xué)進行改革。

開學(xué)第一個月，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)、性格、興趣等情況后，給學(xué)生建立學(xué)習(xí)小組。向?qū)W生介紹“學(xué)習(xí)金字塔”“學(xué)習(xí)共同體”等理論知識， 讓他們認同小組合作學(xué)習(xí)，積極參與小組的學(xué)習(xí)活動。

開學(xué)第二個月，學(xué)習(xí)小組開始解決小組成員的習(xí)題問題。一個物理問題，只要小組內(nèi)部有一個學(xué)生能解決，就由這個學(xué)生負責(zé)給其他學(xué)生講解，以此讓他們學(xué)會合作，在學(xué)習(xí)上互幫互助，共同進步，慢慢地形成“學(xué)習(xí)共同體”。在以前的教學(xué)中，總要花很多時間來評講物理習(xí)題，實行小組學(xué)習(xí)后，大大節(jié)約了課堂的時間。每個難以理解的物理問題，總有學(xué)生會做，他們總是爭先恐后地代表自己小組到黑板上去講解小組討論后的結(jié)果。

開學(xué)第三個月初，將要進行“力的分解”的教學(xué)。對于這個教學(xué)難題，筆者打算讓學(xué)生自己解決。新課的教學(xué)剛好在星期一，學(xué)生正好可以利用周末的時間進行準備，可以自行查閱資料或者自制實驗器材，以進行“教學(xué)”。

３? ? “力的分解”的教學(xué)過程

在給學(xué)生布置任務(wù)時，并沒有明確規(guī)定哪一個小組該講哪一部分內(nèi)容，以促使他們?nèi)鏈蕚?，以免出現(xiàn)知識漏洞。

課前，筆者召集組長們開短會，了解每個小組對這節(jié)課的準備情況。鈴聲響起，講臺交給學(xué)生。

３．１? ? 引出學(xué)習(xí)內(nèi)容

首先走上講臺的是第一小組的代表，他先指出已知一個力求解它分力的過程就是“力的分解”；再引導(dǎo)同學(xué)們分析，“力的分解”是“力的合成”的逆運算，同樣遵守平行四邊形定則；如果沒有限制，一個力Ｆ可以分解為無數(shù)對大小、方向不同的分力。他打開課前制作的課件，動態(tài)展示作出平行四邊形的過程（圖２）。

“怎樣進行力的分解呢”，第一小組的學(xué)生提出這個過渡性的問題。

３．２? ? 按照力的作用效果進行分解

第三小組的代表走上講臺，他覺得應(yīng)該按照力的實際作用效果來分解力。他帶上來一輛小車和一大塊海綿，并把小車放在海綿上。在小車上施加一個斜向右上方的力，提示大家注意看海綿的形變越來越小，說明拉力Ｆ產(chǎn)生了一個把小車往上提的作用效果，另一個作用效果則是使小車前進。他在黑板上畫出簡圖（圖３）。可見，力Ｆ產(chǎn)生的效果與兩個力Ｆ１和Ｆ２共同作用產(chǎn)生的效果相同，所以可以將力Ｆ分解為Ｆ１和Ｆ２，并有Ｆ１＝Ｆｃｏｓθ，Ｆ２＝Ｆｓｉｎθ。

第二小組的代表提出問題：傾角為θ的斜面上放有一個物體（圖４）?！霸撐矬w受到的重力Ｇ能對物體產(chǎn)生哪些效果”，他邊寫邊問，像老師一樣引導(dǎo)大家回答。同學(xué)們似乎都明白，異口同聲地回答：“使物體下滑，同時使物體壓緊斜面”，他寫出了重力的兩個分力。

當(dāng)大家都能很好地理解怎樣按照力的作用效果分解力時，第七小組的代表又提出問題：“作用在三角支架上的力會產(chǎn)生怎樣的作用效果？又如何將其分解？”

同學(xué)們開始討論怎樣去分解，從他們的討論中得知“力的作用效果”不是那么容易理解。第七小組的代表在黑板上畫出簡圖（圖５）。

大家的疑惑在第七小組的意料之中，小組成員開始給其他組發(fā)放課前準備的繩子和鉤碼。

同學(xué)們將細繩的一端系在手指上，另一端系在鉛筆的右端，鉛筆的左端頂在掌心，組成一個“三角支架”（圖６）。

同學(xué)們可以直觀地感受到手指受到的是拉力，手掌受到的是壓力。

第七小組的代表在黑板上畫出了兩個分力，并算出其大小。

３．３? ? 按照需要建立直角坐標系進行力的分解

第五小組的代表走上講臺，提出他們的觀點。他們小組覺得沒必要按照力的作用效果對力進行分解，應(yīng)按照需要，建立直角坐標系進行分解。他以教材中的習(xí)題為例，在ＰＰＴ上呈現(xiàn)了例子：

如圖７，傾角為１５°的斜面上放著一個木箱，１００ Ｎ的拉力Ｆ斜向上拉著木箱，Ｆ與水平方向成４５°角。分別以平行于斜面和垂直于斜面的方向為ｘ軸和ｙ軸建立坐標系，把Ｆ分解為沿著兩個坐標軸的分力。試在圖中作出分力Ｆｘ和Ｆｙ，并計算它們的大小。

他讓同學(xué)們對例題中圖７的力Ｆ進行分解，像老師一樣邀請其他小組的同學(xué)去黑板上解答。最后得出：分別以平行于斜面和垂直于斜面的方向為ｘ軸和ｙ軸建立直角坐標系，把Ｆ分解為沿著兩個坐標軸的分力。由幾何關(guān)系可知Ｆ與ｘ軸正方向之間的夾角為３０°，則

在第五小組的代表講完后，同學(xué)們的認知受到了沖突，又開始討論?！皟煞N對力的不同分解方法，哪種方法更好呢？”同學(xué)們開始思考這個問題。

第六小組的代表走上講臺，她表示自己也預(yù)習(xí)了后面的內(nèi)容，覺得現(xiàn)在需要熟練掌握建立直角坐標系的方法分解力，這是后面用正交分解法解決“共點力平衡”問題的基礎(chǔ)。她又列舉了幾個例子：如圖８所示的三種情況中，均勻球都處于靜止?fàn)顟B(tài)，且各接觸面光滑。求各接觸面所受的壓力。

她向同學(xué)們展示自己的解答過程。她沒有按照重力的作用效果去分解，而是直接以小球為研究對象，對其進行受力分析，然后建立直角坐標系分解力，再根據(jù)平衡條件快速求解。

第四小組的代表上講臺，代表小組表達他們的觀點，表示更喜歡第五、六小組對“力的分解”的解決方法。

第四小組的代表剛講完，鈴聲響起，這節(jié)課結(jié)束。

３．４? ? 教師總結(jié)

后來，利用晚自習(xí)的時間，老師對學(xué)生們自主講解的這節(jié)課進行分析總結(jié)。首先肯定了學(xué)生們的預(yù)習(xí)、準備、講解，表揚他們在小組學(xué)習(xí)中的合作意識。

第一、三、二、七小組的講解解決了一個教學(xué)目標：滲透“等效替代”的思想，即用兩個（或者多個）分力可以代替一個力。同時，第三、七小組學(xué)生準備了實驗器材，經(jīng)歷實驗探究的過程，體驗從實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的科學(xué)思維發(fā)展進程。

第五、六、四小組的學(xué)生突破了一個教學(xué)難點。筆者在以前的教學(xué)中也習(xí)慣花大量時間講解如何應(yīng)用“力的分解”解決靜力學(xué)的有關(guān)問題，特別是枯燥地分析“合力產(chǎn)生的效果”，但高一學(xué)生學(xué)起來很吃力。這次教學(xué)，學(xué)生通過自己對知識的理解以及對后面知識的預(yù)習(xí)，按照自己的認知水平提出按照正交分解對力進行分解的方法。

這節(jié)課，不同組的學(xué)生按照自己對知識的理解分別講解，講解的內(nèi)容體現(xiàn)了“等效替代”的思想。同時，學(xué)生提出自己最容易理解的方法是“正交分解法”。

４? ? 啟? 示

４．１? ? 充分相信學(xué)生，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人

這是第一次讓學(xué)生自己把握課堂，在上課之前，筆者擔(dān)心學(xué)生不按要求去準備，或者上臺時講不清楚。但這節(jié)課，學(xué)生們能清楚講解、會設(shè)計實驗，去幫助其他同學(xué)理解力的作用效果，特別是第五、六組的學(xué)生能在自己對后續(xù)內(nèi)容預(yù)習(xí)后，回歸教材，準確地把握這節(jié)內(nèi)容在物理學(xué)習(xí)中的作用，采用大家最容易理解也是最重要的“正交分解法”對力進行分解，突破了一直困擾筆者的教學(xué)難題。正交分解是不需要去考慮這個力在這兩個方向產(chǎn)生了什么樣效果的，學(xué)生能更輕松地掌握這節(jié)的知識。

他們能像老師那樣課前查閱大量的資料，認真去學(xué)習(xí)鉆研相應(yīng)的知識、制作課件等，經(jīng)歷這個過程，培養(yǎng)了學(xué)生獲取知識的能力。

４．２? ? 以學(xué)生為本設(shè)計教學(xué)，突破教學(xué)難點

為了使學(xué)生對知識掌握得更系統(tǒng)、更全面，也受教輔資料的影響，筆者每次教“力的分解”時，總是引導(dǎo)學(xué)生按照力的作用效果對力進行分解，而忽略了學(xué)生對這個問題的理解。實踐表明，學(xué)生往往無法體驗到“力的作用效果”，對這一“分解依據(jù)”感到非常抽象［６］。

例如，對斜面上物體所受的重力進行分解，物體擠壓斜面的力與重力垂直斜面的分力并不是同一性質(zhì)的力，一個屬于彈力范疇，一個屬于引力范疇，如果過度強調(diào)力的作用效果，會使學(xué)生的理解產(chǎn)生偏差［７］。

如圖９所示，在水平推力的作用下，兩物體一起相對靜止地沿著水平方向向左運動，如果根據(jù)力的效果分解力，學(xué)生很容易錯誤地分解重力，影響后續(xù)的學(xué)習(xí)［８］。在實際應(yīng)用中，應(yīng)從物理學(xué)的基本原理出發(fā)，根據(jù)“牛頓運動定律”，建立直角坐標系來分解力。

如果把“力的分解”這節(jié)課的目標僅僅定義為“會建立直角坐標系，按照需要分解力”，既減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)新課的負擔(dān)，也為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。

這節(jié)課里，有些學(xué)生預(yù)習(xí)了后面的學(xué)習(xí)內(nèi)容，站在自己的角度和一定知識的高度上，能更清楚地意識到自己現(xiàn)在想學(xué)什么。

有時一節(jié)課從簡單出發(fā)，看似沒有完成教學(xué)目標，卻保留了學(xué)生學(xué)習(xí)的自信和熱情。因此，跟上學(xué)生智力發(fā)展的節(jié)奏，真正以學(xué)生為本設(shè)計教學(xué)，將“教學(xué)”深化為“教育”是很重要的。明確知識不是一切，在學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程中，培養(yǎng)起來的能力、思維等，是能高度遷移到學(xué)生未來工作和生活中的基本元素，也是學(xué)生能終身受用的核心素養(yǎng)。

參考文獻：

［１］邢紅軍，寧成，胡揚洋．一節(jié)新授課的高端備課——力的分解［Ｊ］．物理教師，２０１３，３４（６）：２６－２８．

［２］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［３］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心．普通高中教科書物理必修第一冊［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０２１.

［４］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心．普通高中教科書物理必修第一冊教師教學(xué)用書［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

［５］鐘啟泉．核心素養(yǎng)的“核心”在哪里［Ｎ］．中國教育報，２０１５－４－１（７）．

［６］胡揚洋．對力的分解“依據(jù)”與“力的作用效果”的再認識 ［Ｊ］．物理教學(xué)探討，２０１４，３２（１）：３９－４２．

［７］魯斌．人教版高中物理各版次教材中力的分解依據(jù)之探析［Ｊ］．物理之友，２０２０，３６（５）：２１－２3，26．

［８］林建華，任昭開．也談力的合成與分解［Ｊ］．物理教學(xué)探討，２０２０，３８（６）：５６－５７．

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）