初中科學“運動與力”教學中的“一題多變”

摘 要： 本文作者結合初中科學“運動與力”中的勻速直線運動概念、重力圖示作圖、運動狀態與平衡力間關系、摩擦力與壓力間關系四個教學難點，談談“一題多變”在有效教學中的應用。

關鍵詞： 初中科學 “運動與力” “一題多變”

無論是人教版初中物理教材，還是浙教版初中科學教材，“運動與力”一章的內容都是學生學習科學（或物理）知識的一個重要分化點。許多學生對該章中諸如勻速直線運動、牛頓第一定律等抽象的物理概念、深奧的物理規律深感困難，隨著更多不能理解知識點的出現，他們中有些縱身題海，盡管非常努力，但成績不盡人意；有些便漸生厭學情緒，自暴自棄，不愿學習，最終造成兩極分化。

為減少或避免上述現象的發生，筆者認為教師在科學概念、規律的習題教學時可采取“一題多變”的訓練方式。“一題多變”是指從多角度、多方位對例題進行變化，引出一系列與本例題相關的題目，形成多變導向，使知識進一步深化。筆者結合浙教版初中科學“運動與力”教學內容，與大家一起探討。

一、勻速直線運動概念教學中的“一題多變”

勻速直線運動是指快慢不變的直線運動。它由兩個必要條件組成，第一個條件是物體的運動路線必須是直的，第二個條件是物體運動的速度不變。實踐中學生往往容易忽視第一個條件，由于受勻速直線運動速度定義（1秒鐘內通過的路程）的影響，對第二個條件的理解更是存在偏差，總認為在每1秒內通過相同路程的直線運動即是勻速直線運動。針對上述現象，筆者設計了如下練習：

例1.有一輛汽車在第1秒內前進了4米，以后的3秒內前進了12米，則汽車的運動是（ ）。

A.勻速直線運動 B.變速直線運動

C.曲線運動 D.條件不足，無法判斷

變式1.有一輛作直線運動的汽車在第1秒內前進了4米，以后的3秒內前進了12米，則汽車的運動是（ ）。

A.勻速直線運動 B.變速直線運動

C.曲線運動 D.條件不足，無法判斷

變式2.有一輛作直線運動的汽車在第1秒內前進了4米，第2秒內前進了4米，第3秒內前進了4米，第4秒內前進了4米，則汽車的運動是（ ）。

A.勻速直線運動 B.變速直線運動

C.曲線運動 D.條件不足，無法判斷

分析：例1未指明物體的運動路線，故可能為直線運動，也可能是曲線運動，所以選擇D。變式1物體第1秒內前進4米，后3秒前進12米，并不能保證每秒都是前進4米，故選擇D。變式2物體在每1秒內都前進4米，但不能滿足任意相等的時間內通過的路程都相等的條件，比如將1秒均分為10個1/10秒，任何1個1/10秒通過的路程都不能保證是0.4米。所以答案還是應選擇D。

二、重力圖示作圖教學中的“一題多變”

重力的方向永遠豎直向下，即垂直水平地面向下。重力圖示學習中學生最容易出現的問題：一是將斜面上物體的重力方向畫成垂直于斜面向下；二是對于在空中飛行的物體，重力圖示不知如何作圖，動筆時往往要增畫一個推力圖示。下列一組變式練習可供教學時參考。

例2.如圖示，一只重量為6牛頓的籃球，靜止放置在水平地面上，請作出籃球的重力圖示。

變式1.如圖示，一只重量為6牛頓的籃球，在水平地面上勻速滾動，請作出籃球的重力圖示。

變式2.如圖示，一只重量為6牛頓的籃球，靜止放置在與水平地面成30度角的斜面上，請作出籃球的重力圖示。

變式3.如圖示，一只重量為6牛頓的籃球，從與水平地面成30度角的斜面上滾下，請作出籃球下滾時的重力圖示。

變式4.如圖示，運動員將一只重量為6牛頓的籃球投向籃筐，請作出飛行中籃球的受力圖示（不計空氣阻力）。

變式5.如圖示，一只重量為6牛頓的籃球放置在北回歸線上，請作出籃球的重力圖示。

分析：例2要求作出的是靜止于水平地面上物體的重力圖示。變式1代表了在水平地面上滾動物體的重力圖示。變式2強調物體所受重力的方向——豎直向下，其實質是垂直水平面向下。變式3與變式2唯一不同在于3中物體沿斜面向下滾動。變式2、3中最典型的錯誤是將重力方向畫為垂直于斜面向下。變式4代表在空中飛行的物體只受重力的圖示。變式5站在更高層次來突出重力的方向——垂直水平面朝下，即指向地心方向。

三、運動狀態與平衡力間關系教學中的“一題多變”

物體受平衡力作用時，保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，是初中科學教學的重點和難點，也是初中階段學生解決物體“運動與力”相關問題的基本立足點。教學中教師要抓住關鍵，突出本質。

例3.起重機的鋼絲繩上吊著20000牛頓的重物，當重物靜止在空中不動時，鋼絲繩對重物的拉力是多大？

變式1.起重機的鋼絲繩上吊著20000牛頓的重物，當重物以0.1m/s的速度勻速上升時，鋼絲繩對重物的拉力是多大？

變式2.起重機的鋼絲繩上吊著20000牛頓的重物，當重物以0.5m/s的速度勻速上升時，鋼絲繩對重物的拉力是多大？

變式3.起重機的鋼絲繩上吊著20000牛頓的重物，當重物以0.1m/s的速度勻速下降時，鋼絲繩對重物的拉力是多大？

變式4.起重機的鋼絲繩上吊著20000牛頓的重物，當重物以0.5m/s的速度勻速下降時，鋼絲繩對重物的拉力是多大？

分析：物體在平衡力的作用下，所處的狀態稱為平衡狀態。平衡狀態有兩種，一是靜止，稱為靜平衡；二是勻速直線運動，稱為動平衡。這兩種情況下，物體的運動狀態都保持不變。總而言之，物體受到平衡力的作用，它一定保持靜止狀態或勻速直線運動狀態時。若物體此時只受兩個力的作用，這兩個力一定大小相等，方向相反。例3和變式1、2、3、4中所述的5種情況，重物的運動狀態都處于平衡狀態，且都只受兩個力——重力和拉力作用，這兩個力是平衡力，繩對重物的拉力都等于物體受到的重力，因此5種情況下的拉力大小相等。教學中教師應特別注意提醒學生自己總結：題中重物所做勻速直線運動速度的大小并不會影響拉力和重力的平衡，拉力和重力大小都相等。

四、摩擦力與壓力間關系教學中的“一題多變”

摩擦包括靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦三種，其中滑動摩擦的大小受物體接觸面間粗糙程度高低、物體接觸面間壓力大小的影響。作業時學生最容易將影響滑動摩擦大小的因素移植到影響靜摩擦大小上去，從而導致錯誤。

例4.如圖示，在水平桌面上，一重為10牛頓的木塊在F₁=2牛頓拉力作用下做勻速直線運動，此時木塊受到桌面對它的摩擦力為多少？

變式1.如圖示，在上題的木塊上施加一個5牛頓的向下壓力，木塊在拉力F₂（大于F₁）作用下做勻速直線運動，此時木塊受到桌面對它的摩擦力怎樣變？

變式2.如圖示，在豎直墻面上，一重為10牛頓的木塊在F₁=20牛頓壓力作用下靜止不動，此時木塊受到墻面對它的摩擦力為多少？

變式3.如圖示，假如變式2的木塊在F₁=30牛頓壓力作用下仍然保持靜止不動，此時木塊受到墻面對它的摩擦力又為多少？

變式4.如圖示，一人用20牛頓的力握著重為6牛頓的醬油瓶子，瓶子靜止不動，問醬油瓶子受到的摩擦阻力為多大？當該人對瓶子的握力增加到30牛頓時，瓶子仍然靜止不動，問此時瓶子受到的摩擦阻力又為多大？

分析：例4木塊在桌面上做勻速直線運動，滑動摩擦力的大小和拉力大小相等，為2牛頓。變式1中物體和桌面間壓力增加，木塊在桌面上仍然做勻速直線運動，此時滑動摩擦力應大于2牛頓，等于F₂。變式2中木塊受靜摩擦力作用，它的方向與重力方向相反，大小與木塊重力相等，為10牛頓。變式3中盡管木塊與墻面之間的壓力增加，但木塊受靜摩擦力作用，它的大小仍與木塊重力大小相等，還為10牛頓。變式4只要正確理解變式2、3，答案仍然是摩擦力大小和瓶子重力大小相等，為6牛頓。

實踐表明，“一題多變”的訓練，不僅能夠幫助學生記憶和理解基礎知識，而且能夠幫助學生拓寬、深化解題思路，培養學生的創新能力和思維品質，達到舉一反三、觸類旁通的目的，是提高教學有效性的一項重要舉措。