基于初高中貫通的高中“重力與彈力”的教學探討

陸光華

（南京師范大學蘇州實驗學校，江蘇 蘇州 215133）

筆者近期參加了由初中、高中物理教師共同參與的貫通研討活動，開設了人教版（2019年版，以下簡稱“新版”）必修第1 冊第3 章第1節“重力與彈力”一課.這既是一次破除學段壁壘的探討，也是一次高中教師使用新版教材的交流，因此與會教師的積極性都很高.從活動前教研組積極磨課，再到跨學段的評課，筆者收獲頗多.

1 學情與教材分析

1.1 高中兩個版本教材對比，確定課時安排

新課標提出，“認識重力、彈力，通過實驗了解胡克定律，”并把“探究彈簧彈力與形變量的關系”作為高中物理必做的學生實驗.基于課標的要求，新版教材相比于2010 年人教版教材（以下簡稱“原版”）有了不小的變化，兩個版本教材教學內容變化，如表1所示.［1，2］

表1 人教版兩個版本教材對比

新版教材最大的變化就在于設置“實驗”欄目，全面陳述了探究胡克定律的實驗過程，并讓學生自主獲得實驗數據，制作彈簧彈力和伸長量關系的F-x 圖像，發現并概括彈簧彈力與伸長量的定量關系，形成胡克定律的結論.通過實驗探究胡克定律是初中教學中沒有的內容，在高中教學中應給予足夠重視.［3］此外教材刪除了力的基本概念、4種基本相互作用，并將“力的圖示”內容放在重力部分呈現.總的來講教學內容明顯增加，然而教師用書建議課時安排卻由原先的3課時減少為2課時，從實際教學情況來看，這顯然是不夠的.如圖1所示，筆者認為安排3個課時較為妥當，第1課時重點解決力的圖示、重心、彈力等問題，這也是本次公開課的內容；第2 課時完成學生分組實驗；第3課時主要是解決彈力的有無以及彈力部分的習題.

圖1 “重力與彈力”教學內容與課時安排

1.2 了解初中物理教學情況，明晰教學方法

這部分知識難度不大且學生初中已有所涉及，在高中教學中不能簡單地再復述一遍，否則學生聽得乏味，不僅起不到很好的教學效果，還占用了課堂教學時間.也不可憑借個人主觀臆斷對一些學生并未掌握的知識蜻蜓點水一帶而過，甚至避而不談.為此，筆者走訪部分初中物理教師并結合初中教材與教師用書，把初中教學內容整理如表2所示.［4］

表2 初中相關教學內容

高一新生，來自于各個不同的學校、不同的班級，不同的教師授課的方式方法、教學深度、側重點會有所不同，學生掌握也參差不齊.我們怎樣才能準確把握學情以學定教呢？鑒于以上考慮，教研組商定依托導學案教學以提高課堂效率.把力的概念、力的表示、重力、彈力等相關初中知識以填空、作圖等形式在導學案上呈現.這樣既便于引發學生對相關知識的回憶，又有利于教師了解學生初中相關知識的掌握情況.

2 教學重點、難點、易錯點突破的實踐

知識點1：重心的概念.

提問，如何畫出如圖2 所示的一串葡萄所受重力的示意圖.提示學生回憶初中如何畫出一本書所受的重力的，引導他們一本書有很多張紙，每一張都受到重力，我們把重心畫在中間就是一種等效替代的思想.同理，如果在每一個葡萄上都畫上重力，這樣既凌亂又沒有什么意義，從而把葡萄的作用點等效畫在中間某一顆葡萄上，啟發學生重力作用點在某一個葡萄上并不代表其他葡萄不受重力，認識到重心是重力的等效作用點，是一種等效替代的思想.

圖2 一串葡萄

如圖3所示，同樣是這串葡萄，改變其形狀，學生不難得出葡萄重心降低了，重心與物體質量分布有關.

圖3 改變形狀后的葡萄

分組實驗，用懸掛法確定鐵絲圍成三角形以及薄紙板的重心.通過兩個實驗，由學生在實踐中體會應用二力平衡確定重心的位置，同時使他們明白重心既可以在物體上，也可能在物體之外.

知識點2：力的圖示.

由重心知識教學，引入畫出葡萄的重力示意圖與力的圖示.從學生完成的導學案來看，筆者發現學生錯誤較多.力的圖示和力的示意圖是高中學生應當熟練掌握的基本技能，是今后受力分析、用作圖法求合力等教學內容必不可少的工具，可以說是貫穿于全部力學的要求.教學中應當強調力的圖示的作圖步驟，課堂教學中要讓學生現場畫圖，對出現的典型錯誤利用投影展示，并請全體學生找出問題.關于力的圖示與力的示意圖學生容易發生混淆，所以最后有必要對兩者進行對比，請學生歸納兩者的異同.

知識點3：彈力的概念.

演示：彈簧被小車壓縮，松手后，小車被彈出；橡皮筋被小車拉長，松手后，小車被拉動.由學生分析得出：彈簧發生彈性形變，彈簧要恢復原狀，對小車有力的作用；橡皮筋被小車拉伸，橡皮筋發生彈性形變，橡皮筋要恢復原狀，對小車有力的作用.教師通過復述，突出“被”“要”，并借用“哪里有壓迫，哪里就有反抗”，讓學生體會到彈力是一個被動力、接觸力.分析過程中注意提問學生：研究對象是誰？誰發生形變？誰受力？如果換用橡皮泥、彎曲的銅導線是否可以？至此彈力的概念就水到渠成，并由此引出彈力方向的問題.

知識點4：彈力方向的判斷.

在知識點3的演示實驗中，提問學生彈簧、橡皮筋的彈力方向，并提醒他們關注物體的形變方向與由此產生的彈力方向之間的聯系，進而提出結合形變研究常見的壓力、支持力、繩的拉力的方向.

如圖4所示，研究放在桌面上的書所受桌面的支持力以及書對桌面的壓力的方向，可以用如圖5所示海綿代替演示桌面的形變，用裝滿水的氣球代替書，間接顯示書的形變，同時讓學生完成表3.

圖4 桌面上的書

圖5 海綿上的充水氣球

表3 研究壓力、支持力

如圖6 所示，研究電燈與電線所受彈力的方向時，可以用圖7 所示連有橡皮繩的充滿水的氣球演示，同時讓學生完成表4.

圖6 懸掛的電燈

圖7 懸掛的充水氣球

表4 研究拉力

通過實驗演示，學生總結得出：彈力方向與物體恢復形變方向相同；壓力、支持力的方向與接觸面相垂直，繩子拉力沿著繩.可是學生往往不知道彈力方向應該指向受力物體還是施力物體，因而有必要給一些常見的壓力、支持力、拉力的事例，讓他們動手畫出力的示意圖，對于出現的典型問題讓學生一起找出錯誤.最后討論、總結出：支持力（壓力）總是垂直于接觸面指向被支持（被壓）物體，繩的拉力沿著繩指向繩收縮的方向.

3 反思：力的圖示與力的示意圖，為什么很多學生出錯？

同樣是“力的圖示與力的示意圖”，前幾屆學生很少出錯，可是這一屆學生在導學案中的錯誤很多，主要有：認為力的示意圖可以精確表示力的大小；畫力的圖示時不給出標度，沒有嚴格按照比例畫出力的大小.

在公開課后的交流研討中筆者了解到，蘇科版8年級下冊（2009年12月第2版）第8章章末“信息庫”一欄，介紹了“力的圖示”，力的圖示和力的示意圖兩個知識點之前多數初中教師都講過.不過他們也提出，同時講授力的圖示和力的示意圖，學生很容易混淆，增加了初中學生學習的負擔.把力的圖示放在高中力學部分介紹更為合適，因為這個階段要使用力的圖示解決力的合成與分解等問題，在使用過程中他們自然而然就能熟練掌握.這或許是初中教學達成的共識，有意思的是筆者注意到，蘇科版8年級下冊（2012年11月第3版）教材已經完全刪除了“力的圖示”的內容，初中也就不講了.

但筆者仍然困惑于，為何新版教材第56 頁上分明寫著“在不需要準確標度力的大小時，通常只需畫出力的作用點和方向，即只 需 畫 出 力 的 示 意 圖，”［2］很多學生卻視而不見，仍然認為力的示意圖可以準確表示力的大小呢？除了閱讀教材不認真以外，還有沒有別的原因？筆者發現，蘇科版8年級下冊教材第50 頁有如圖8 所示的一幅圖，并配有這樣一段文字：“一個球體所受的重力為10 N，可用一個豎直向下的帶箭頭的線段表示，圖中的箭頭表示重力的方向；在箭頭旁標注的‘G=10 N’表示重力的大小；箭頭線段的起點畫在球心處，表示重力的作用點，即物體的重心.”［5］

圖8 初中教材中重力示意圖

教材把G=10 N 標注在圖上，這很容易導致學生誤以為，力的示意圖可以準確表示力大小.雪上加霜的是這批學生在初中時基本不講力的圖示.初中教學時，如果教師未能對這個問題引起重視，未能強調力的示意圖只能粗略表示力的大小，那么學生高中學習階段大面積出錯也就不足為奇了.

由此看來，筆者原先備課時對初中教材、教學的分析研究還遠遠不夠，在涉及初高中銜接部分知識教學時，高中教師還必須密切關注初中教材的變化，否則有的放矢、有效銜接必將是一句空話.