淺析初中學(xué)生物理受力分析問題的錯因及對策

何加暉

【摘要】中考受力分析題反映出學(xué)生存在套用“十字”圖案、不畫豎直方向的力這兩個突出問題。筆者在數(shù)據(jù)統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新地采用了標(biāo)順序、寫依據(jù)的研究方法，以充分了解分析學(xué)生在受力分析時的思維過程，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中所存在的重復(fù)套路訓(xùn)練、忽視應(yīng)用概念規(guī)律和思維方法的培養(yǎng)等現(xiàn)象，并對培養(yǎng)學(xué)生受力分析的正確習(xí)慣從教學(xué)方式和命題設(shè)問這兩方面提出有效建議。

【關(guān)鍵詞】受力分析;思維過程;順序;依據(jù)

【基金項(xiàng)目】本文為廣州市教育研究院2019年度“第十八屆特約教研員”專項(xiàng)研究課題“基于初中物理核心素養(yǎng)的日常質(zhì)量分析——以學(xué)生說題為形式”，課題批準(zhǔn)號：GZJYTY2019-103

受力分析是初中物理研究力學(xué)問題的核心工具，然而學(xué)生常常出現(xiàn)“套用情景”的問題，只是機(jī)械復(fù)制已畫過的受力分析圖。筆者以2019年廣州市中考物理第15題為例，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計、獲取學(xué)生思維過程反饋等方法，分析學(xué)生受力分析的典型錯誤成因及對策。

（2019年廣州市中考物理第15題，3分）如圖1所示，輕質(zhì)彈簧一端固定在墻上，物體M沿粗糙地面水平向左運(yùn)動，壓縮彈簧運(yùn)動到A點(diǎn)時，速度為vA.在方框內(nèi)以點(diǎn)代替M，畫出M經(jīng)過A點(diǎn)時的受力示意圖（圖中已標(biāo)示了彈簧對M的彈力F）.

一、錯畫摩擦力方向及呈現(xiàn)“十字圖案”的情況，是大量重復(fù)訓(xùn)練造成的，必須引導(dǎo)學(xué)生從力的性質(zhì)和力與運(yùn)動的關(guān)系這兩條思路來分析印證

命題預(yù)設(shè)學(xué)生存在的思維誤區(qū)是以為摩擦力 f 必須與彈簧彈力F二力平衡，因此方向水平向左。評卷抽樣發(fā)現(xiàn)比預(yù)設(shè)情況更嚴(yán)重的是，只有19.4%的學(xué)生能畫對摩擦力 f 方向（無論是否多畫一個向前的力、漏畫豎直方向的力等情況）。

而且，受力分析普遍呈現(xiàn)出“十字”圖案（圖2甲、乙），這在全體學(xué)生中約占40.98%。再抽取僅扣1分的試卷（約占總數(shù)57.2%），其中將摩擦力 f 錯畫成水平向左的學(xué)生約占41.67%（圖2甲），而漏畫摩擦力f 卻多畫了向前的力的學(xué)生約占29.95%（圖2乙），合計高達(dá)71.61%，這說明得分較高的學(xué)生更趨向出現(xiàn)“十字”圖案！

為充分了解學(xué)生的思維過程和誤區(qū)，筆者邀請學(xué)生完成這道題，再在圖中標(biāo)出畫力的順序、寫出畫各個力的依據(jù)。

錯畫摩擦力方向的學(xué)生，作圖依據(jù)如圖，他們只是生搬硬套“∵靜止，二力平衡，∴ f = F ”這句話。然而，題目中并未出現(xiàn)“靜止”“勻速直線運(yùn)動”這類標(biāo)志著平衡狀態(tài)的詞，設(shè)問也強(qiáng)調(diào)物體M只是“經(jīng)過”A點(diǎn)，并不是“停在”A點(diǎn)，可見，這句套路在學(xué)生心中是多么根深蒂固。

從圖4所示漏畫摩擦力f 卻多畫向前的力的學(xué)生反饋中，我們也可以印證這一點(diǎn)。這種機(jī)械的解題套路，來源于平時的大量重復(fù)訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生忘記了力學(xué)的基本概念規(guī)律和根據(jù)設(shè)問找已知條件的思維方法，而是養(yǎng)成了一想到摩擦力馬上反應(yīng)到二力平衡、一看到受力分析馬上反應(yīng)到“十字”圖案的條件反射。這道題也警醒我們，不使用基本概念規(guī)律來解決問題，而是結(jié)合情景背二級結(jié)論和解題套路的做法，最終會造成學(xué)生的思維懶惰和偏差。

其實(shí)，無論是求力的大小還是判斷力的方向，都可以分別嘗試兩條思路來互相印證：一條是根據(jù)這個力本身的定義，另一條是根據(jù)運(yùn)動狀態(tài)判斷這個力與其他力的關(guān)系。以滑動摩擦力 f 為例，有兩條思路（不分先后）：一條是滑動摩擦力 f 本身的定義（圖5），根據(jù)該力作用效果是“阻礙相對運(yùn)動”，得出其方向與相對運(yùn)動方向相反;另一條是找運(yùn)動狀態(tài)，當(dāng)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動時，由二力平衡可知， f = F，方向相反。

運(yùn)用到在這道中考題，只能找到物體M向左運(yùn)動經(jīng)過A點(diǎn)，并無靜止或勻速直線運(yùn)動，因此無法判斷 f 與 F二力平衡，方向相反。那這條思路不行怎么辦？還有另一條思路：滑動摩擦力 f 的定義，而畫對摩擦力的學(xué)生幾乎都能寫出圖6的依據(jù)。

考查學(xué)生僅能根據(jù)定義來判斷 f 方向的中考題之前并未出現(xiàn)，但是這道題絕不是增加“新考點(diǎn)”，不是希望我們將其當(dāng)成“中考熱點(diǎn)”硬塞給學(xué)生重點(diǎn)記憶。實(shí)際上，這種做法只是不斷給教學(xué)做加法，最后把基本的概念規(guī)律都丟掉了。

二、漏畫豎直方向兩個力的情況，是教學(xué)示范貪快省略和思維過渡缺失的原因，必須改變追求講題數(shù)量的觀念，堅持呈現(xiàn)完整的思維過程

除了“十字”圖案以外，值得注意的是，抽樣顯示沒有畫任何豎直方向的力（無論是否畫對）的學(xué)生占比高達(dá)19.68%，而命題預(yù)設(shè)畫豎直的兩個力應(yīng)是“送2分”的。近幾年中考類似錯誤的情況和比例相近。同樣地，筆者還是從學(xué)生反饋中進(jìn)行分析。

有些學(xué)生提出：“其實(shí)我并不知道什么時候要畫十字（加豎直），什么時候只畫水平力?！?/p>

有些學(xué)生也說：“老師也經(jīng)常只畫水平的力??！”

據(jù)此回想在新課時，我們尚且還會引導(dǎo)學(xué)生分析豎直方向上的重力G和支持力F支 二力平衡，效果抵消（合力為零，相當(dāng)于不受力），但是逐漸地，當(dāng)我們接下來大量分析水平方向上的運(yùn)動時，常常為了“提高效率、多講幾題”，慢慢就把豎直方向上的力略過，只顧著分析水平方向上的力，學(xué)生自然就模仿老師的做法。

學(xué)生常常遇到這樣的習(xí)題：物體在水平面上勻速直線運(yùn)動，有時要求畫出受力示意圖，有時又要求畫出水平方向上的受力示意圖。學(xué)生并不明確，后者并不代表物體只受水平方向上的力，而僅僅是由于豎直方向上二力平衡，合力為零，效果上相當(dāng)于不受力。若學(xué)生不懂為什么只畫出水平方向受力示意圖，就把這兩種設(shè)問中直接給出，那只會造成思維紊亂。

圖8所示的習(xí)題就為我們提供了示范，劃線部分引導(dǎo)學(xué)生在受力分析圖上思考：“正在研究的是哪個水平還是豎直方向的運(yùn)動？”，體會到只畫水平方向受力的原因。

當(dāng)然，無論新課時思路如何，重要的是后續(xù)每次做受力分析、運(yùn)動和力關(guān)系等習(xí)題時，都要堅守完整的思路，不要因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)學(xué)過，就覺得分析豎直方向上的力這個環(huán)節(jié)可以省略，即使稍微點(diǎn)一句“豎直方向上的重力G和支持力F支 二力平衡”都能提醒學(xué)生，促使學(xué)生養(yǎng)成縝密的思維習(xí)慣。