“力的分解”教學(xué)設(shè)計

徐鵬

【內(nèi)容摘要】2019年9月25至27日，筆者有幸代表蘇州市參加了在西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué)舉行的2019年江蘇省物理優(yōu)課評比暨教學(xué)觀摩活動，并榮獲小組一等獎第一名。經(jīng)過本次比賽，筆者通過對新教材，新課標(biāo)的反復(fù)推敲，對如何在高中物理教學(xué)中提升學(xué)科核心素養(yǎng)的思考有了更直接、更深刻的認(rèn)識。以下是“力的分解”這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】力的分解 教學(xué)設(shè)計 課程標(biāo)準(zhǔn) 學(xué)科核心素養(yǎng)

2018年11月黃恕伯教授對高中物理教學(xué)中提升學(xué)科核心素養(yǎng)的思考進(jìn)行了全方位的解讀，筆者拜讀之后，啟發(fā)頗深，在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計了“力的分解”這節(jié)課。

一、“力的分解”新舊教材與教學(xué)目標(biāo)分析

本節(jié)內(nèi)容在人民教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理必修一》中，為第三章相互作用第5節(jié)內(nèi)容“力的分解”。而在最新的普通高中教科書《物理必修第一冊》中，力的分解的內(nèi)容放在第三章相互作用——力和第四節(jié)“力的合成和分解”。在人民教育出版社出版的教師教學(xué)用書中，本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)有6個方面。

1.舊版教學(xué)目標(biāo)分析

（1）理解力的分解概念，強化“等效替代”的物理思想。

（2）理解力的分解是力的合成的逆運算。

（3）初步掌握一般情況下力的分解要根據(jù)實際需要來確定分力的方向。

（4）會用作圖法和直角三角形的知識求分力。

（5）嘗試運用力的分解解決一些日常生活中的有關(guān)物理問題，有將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐的意識。

（6）能區(qū)別矢量和標(biāo)量，知道三角形定則，了解三角形定則與平行四邊形定則的實質(zhì)是一樣的。而在《調(diào)整普通高中2018級學(xué)生課程方案和課程內(nèi)容的通知》中，力的合成和分解的知識目標(biāo)要點改為通過實驗，了解力的合成與分解，知道矢量和標(biāo)量。能用共點力的平衡條件分析生產(chǎn)生活中的問題。

2.新舊教材教學(xué)目標(biāo)對比

從新舊教材和教學(xué)目標(biāo)的變化來看，新課標(biāo)中對于“力的分解”的設(shè)計出現(xiàn)了很大的變化。新課標(biāo)中不再要求學(xué)生把力的分解直接用來求解物體的受力，擺正了“力的分解”教學(xué)目標(biāo)，把“力的分解”作為牛頓定律解決問題的一個環(huán)節(jié)來處理，使解題的思維更規(guī)范，而且課本練習(xí)題并沒有用力的分解來求解物體受力。

二、新課標(biāo)對的要求

新課標(biāo)指出：“能用共點力的平衡條件分析生產(chǎn)生活中的問題”而不是用“力的分解”，它突出了運動與相互作用的物理觀念，即物體的運動如果處于平衡狀態(tài)，則物體在相互作用中所受的合力就等于零，這才是核心知識。力的分解只不過是求解過程中的一個計算手段。之所以把共點力的平衡視為核心知識，是因為在用共點力平衡條件分析具體問題的時候，我們需要選擇相互作用的對象、分析其相互作用的物理量，并列出相互作用關(guān)系的方程，這是一種分析物理問題基本而且非常重要的思路，這種核心思路和視角，普遍應(yīng)用于力、電、熱等問題的分析上，是物理基本概念和基本規(guī)律的提煉，是運動與相互作用觀的重要內(nèi)容。

由此，我將本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)確定為兩個方面：

1.物理觀念的形成

要求學(xué)生理解分力的概念，理解力的分解是力的合成的逆運算，遵循平行四邊形定則;初步掌握一般情況下力的分解要根據(jù)實際需要來確定分力的方向;會用作圖法和幾何運算求分力。

2.科學(xué)探究與科學(xué)思維

科學(xué)猜想—定性探究—定量探究，通過探究過程，讓學(xué)生掌握探究方法，得到力的分解規(guī)律;經(jīng)歷遞進(jìn)式的探究過程，提高學(xué)生的科學(xué)思維水平。

三、“力的分解”課堂教學(xué)設(shè)計

1.開篇體驗

挑戰(zhàn)不可能——用一根手指提起20kg的重物。男生通過定滑輪直接用手拉，女生用如圖1所示的裝置用手指從中間向下拉。

演示實驗注意事項：因為重物的上升幅度比較小，要讓全體同學(xué)都能觀察到現(xiàn)象并形成認(rèn)知沖突比較困難，如果讓實驗者自己說明則有做托的嫌疑且效果欠佳。本實驗采取手機實時投屏的方法，在重物的背面放置一白板，用白板筆在重物的下端當(dāng)場做好記號。手機實時投屏重物下端的記號位置，當(dāng)重物被拉起后，可以明顯看到重物離開記號位置，有助于讓所有學(xué)生都參與進(jìn)來。

實驗結(jié)果：男生嘗試失敗，女生成功。

提出問題：為什么會出現(xiàn)這么神奇的現(xiàn)象？

銜接過渡：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們將會解釋這背后的奧秘。

2.生活情景建模

提出問題：高大的橋為什么要建有很長的引橋？

學(xué)生活動：物理建模，將大橋的引橋轉(zhuǎn)變?yōu)樾泵婺Ｐ汀Ｆ嚿蠘驎r，汽車所受重力的平行于斜面的分力與其運動方向相反，阻礙汽車的前進(jìn);汽車下橋時，重力平行于斜面的分力與其運動方向相同，使汽車的運動加快。故需要通過作圖求重力平行于斜面和垂直于斜面的分力，如圖2。

教師活動：手機拍照上傳，提出規(guī)范作圖的要求。（從課本的例題入手，結(jié)合真實情境中的大橋的引橋，讓學(xué)生體會到重力的兩個分力方向從而進(jìn)行作圖研究，讓學(xué)生體會到在確定了分力的方向后，力的分解也是確定的。）

3.斜面模型拓展

提出問題：結(jié)合大橋引橋斜面模型上重力的分解研究斜面擋板模型中當(dāng)擋板垂直于斜面時，研究斜面和擋板對小球的彈力大小，如圖3。

學(xué)生活動：首先受力分析，再結(jié)合大橋引橋斜面模型中重力的分解，對照斜面擋板模型，沿N1和N2的反向延長線分解重力并根據(jù)二力平衡來列式求解。

教師活動：手機拍照上傳，針對學(xué)生的作圖和求解過程進(jìn)行總結(jié)，回顧初中比較熟悉的二力平衡。讓學(xué)生對如何分解力有了更深刻的認(rèn)識。最后點出究竟如何進(jìn)行力的分解——按需分解。

提出問題：將斜面擋板模型中的擋板豎直放置，讓學(xué)生自我分析，研究此時斜面和擋板對小球的彈力大小，如圖4。

學(xué)生活動：首先受力分析，然后按照按需分解的思路，將重力沿斜面和擋板對小球的彈力方向的反向延長線分解重力并根據(jù)二力平衡列式求解。

教師活動：手機拍照上傳，對學(xué)生作圖和求解過程進(jìn)行小結(jié)，進(jìn)一步強化按需分解的思想，讓學(xué)生真正理解究竟如何進(jìn)行力的分解。

四、課后反思

本節(jié)課完整的完成了教學(xué)任務(wù)。課堂的實施基本上達(dá)到了預(yù)期目的，學(xué)生由單指拉重物入手，表現(xiàn)出了極大的學(xué)習(xí)興趣，給整節(jié)課奠定了良好的氛圍基調(diào)，并首尾呼應(yīng)。

學(xué)生成為課堂的主人，并不是不用教師講，而是要教師精講，教師在課堂中要起到畫龍點睛的作用。教師在課堂上要盡可能做到讓學(xué)生在“活動”中進(jìn)行學(xué)習(xí)，在“主動”中進(jìn)行發(fā)展，在“合作”中進(jìn)行增知，在“探究”中進(jìn)行創(chuàng)新，充分體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動性。讓學(xué)生自己去解決發(fā)現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)和驗證規(guī)律，尋找解決問題的方法，探究最后的結(jié)果。一個有效的課堂教學(xué)就是要充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性，發(fā)揮學(xué)生自己探究的能動性，讓學(xué)生真正成為課堂的主人。教師要根據(jù)課堂上學(xué)生的具體情況，具體反應(yīng)，具體問題，靈活機動地調(diào)整教學(xué)策略，激發(fā)課堂教學(xué)的“興奮點”。物理學(xué)習(xí)的一個重要任務(wù)就是應(yīng)用所學(xué)的知識去解決問題，引導(dǎo)學(xué)生用探究的思路去解決問題比告訴學(xué)生答案更有價值。

課堂教學(xué)也是一門遺憾的藝術(shù)，總結(jié)以下幾點尚需進(jìn)一步改進(jìn)之處：

首先，在大橋引橋的建模問題上，教學(xué)展開還有點冗長，應(yīng)更簡潔，把時間盡量留給課堂的教學(xué)重點，使課堂教學(xué)重點進(jìn)一步凸顯出來;

其次，課堂上研究問題的提出要更加精練且有條理，指向性更加明顯，不宜給出難度過大、覆蓋面過廣的問題，我們要善于把大的問題分成幾個小的問題來解決，否則學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)信心及興趣，教學(xué)過程中要低起點，緩坡度，搭好梯子邁小步，在層層遞進(jìn)的能力訓(xùn)練中提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]人民教育出版社.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理1必修教師教學(xué)用書[M].人民教育出版社，2012.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

（作者單位：蘇州市田家炳實驗高級中學(xué)）