對高中牛頓運動定律教學的研究

齊薇

牛頓運動定律是高中物理的核心內容之一，對培養學生科學素養有重要的作用。牛頓運動定律的教學具有綜合性，它將運動學和力學有機地結合起來，成為高中物理的一個重要支柱。下面就從學生學習困難的原因和教學策略進行說明。

一、學生學習困難的原因

牛頓運動定律對學生的理解能力、推理能力和應用能力有較高的要求，即便是進入高考復習階段的學生仍會在這一部分存在較大障礙。為什么解決與牛頓運動定律相關的問題對學生來說困難重重呢？通過教學研究發現，學生存在困難的原因可以歸結為四個方面：

（一）問題情境多種多樣

關于牛頓運動定律的應用，可謂是情境豐富多變。因其與生活息息相關，所以生活、科技上的很多事例都可以作為問題背景出現。由于缺乏對生活的觀察，以及對科學技術的關注，多數學生認為與牛頓運動定律相關的問題既靈活又較難掌握。

（二）不能充分挖掘圖象所呈現的信息

圖象是研究物理規律的一條有效途徑，圖象中往往蘊含著豐富的信息，獲取這些信息，就可以為解決問題找到突破口。遇到物理圖象時，學生須明確該從哪些角度出發進行研究。對于圖象，我們要向學生強調“三看一理解”，即看橫縱坐標、看截距、看單位；理解斜率和面積所反映的物理意義，以圖1為例進行說明。

圖1描繪的是跳傘運動員從直升機上跳下的v-t圖象。其中跳傘運動員的總質量為80kg，從離地500m的直升機上跳下，經過2s拉開繩索開啟降落傘。

v-t圖象的斜率表示加速度，圖象與坐標軸所圍的面積表示位移。由圖可知，物體在前2s內的圖象為直線，斜率不變，可以推知物體在前2s內做的是勻加速直線運動。第14s后，物體的速度保持不變，斜率為零，說明運動員所受合外力為零，從而在落地前做勻速直線運動。通過估算運動員下落的高度，可以促進學生對v-t圖象與坐標軸圍成面積的理解。由于v-t圖象與坐標軸圍成面積不規則，所以還可考查學生對形狀不規則的面積的處理方法，提升學生解決實際問題的能力。

（三）對相關解題方法理解不到位

根據物理問題的特點，可以利用特定的方法進行解題。在教學時，為了使

學生能夠明確如何使用某一方法，往往選用最簡單的問題情境對解題方法進行教學。不過，有時會出現“以偏概全”的現象，容易造成學生片面的認知。以“整體隔離法”為例，多數學生對“整體隔離法”的認識，還停留在多個研究對象必須有共同加速度的認識上。這是由于平時解決問題的情境過于單一，造成學生理解上的偏頗。實際上整體隔離法不需要嚴格限制各個物體的加速度必須相同。在進行整體與隔離法教學時，不論各物體加速度是否相同，最好都將等式右側寫成各個物體的質量與各自加速度的乘積的形式，然后再相加求和，即 而非質量之和乘以加速度，即 ，這樣可以幫助學生盡量遠離整體隔離法的誤區。

（四）對相關物理概念理解不透徹

在應用牛頓運動定律題的過程中，學生部分困難來源于對物理概念理解不透徹，以摩擦力為例進行說明。

如圖2所示，長為12m、質量為50kg的木板放在水平面上，木板與地面間的動摩擦因數為0.1。質量為50kg的人立于木板左端，開始木板與人均靜止。后來，人以4m/s2的加速度勻加速向右奔跑，試判斷人所受到的摩擦力的方向。

在判斷人所受到的摩擦力的方向時，學生認為“人相對于木板向右運動，則受到的摩擦力應該向左。”所以學生存在疑惑——“忽略人自身生物能的轉化，人加速運動的動力來自于哪里呢？”出現這一問題的原因是學生沒有準確地理解摩擦力的定義。我們將“兩個物體相互接觸并擠壓，當它們沿接觸面發生相對運動或產生相對運動趨勢時，每個物體的接觸面上都會受到對方作用的阻礙相對運動或相對運動趨勢的力，這個力叫做摩擦力。”所以，摩擦力應該作用在各個物體的接觸面上。

在上述情境中，摩擦力作用在人腳與木板之間的接觸面上，而非人整體。人腳相對于木板的運動趨勢為水平向后，所以人腳受到的摩擦力向前，且為靜摩擦力，為人提供向右加速奔跑的動力。可見準確理解物理概念對分析題目有重要的意義。

二、教學策略

針對學生現存問題，提出如下教學策略：

（一）幫助學生建立起“一個思想”——加速度與物體的運動狀態密不可分

加速度是否存在決定了物體的運動狀態是否會改變；加速度是否恒定，以及與速度方向間的夾角決定了物體的運動狀態。因為“加速度”是連接力與運動的橋梁，所以要以加速度（合外力）為紐帶，要幫助學生建立起力與運動的聯系，即“通過受力分析來判斷物體的運動狀態”，以及“利用物體的運動狀態來推斷物體的受力情況”。

（二） 強化用“一題多法”進行教學，鼓勵學生嘗試用多種方法解決問題

“一題多解”不僅可以加深學生對知識的理解，也可以培養學生思維的發散性與靈活性，從而激發學生學習物理的興趣。比如，正交分解法——當物體受三力不再平衡時（即有加速度時），或者受力個數超過三個時，往往選擇正交分解法解題。正交分解法，可以選擇分解力，也可以選擇分解加速度，至于哪種方法更簡單，教師可以讓學生自行探索，從而得出結論，正所謂“授之以魚不如授之以漁”，掌握方法遠比僅僅記住結論重要。

（三） 培養學生化繁為簡、抽象模型的能力

物理問題往往涉及多個過程，教學時，學生要將整個過程劃分成多個子過程，并將各子過程抽象成所熟悉的模型，在平時教學時要重視對學生抽象模型能力的培養。

（四）注意題目間的相似性，利用對比的方式進行教學

很多問題情境相似，學生容易出現生搬硬套的現象，從而忽視其中的不同，不利于培養學生的科學思維。在教學中，教師要利用好相似的題目，通過對比教學，促進學生分析與綜合能力的養成。

牛頓運動定律的教學貫穿于整個高中，且與生活息息相關，它對學生發現、認識身邊的各種現象起著重要的指導作用。正因如此，教師才要幫助學生準確地認識牛頓運動定律，擺脫錯誤的認識，從而完善學生的科學觀念，為培養學生的科學素養和創新型人才作出貢獻。