課堂教學中的“稀釋、還原”藝術探討
——以《力與運動》的教學設計為例

黃 岑

(江蘇省張家港市第一中學 215600)

我們知道，少鹽之人往往會食欲不振，四肢無力.若將一天中需要吸收的鹽放入人的口中，一定會難以接受.若將其放入供你一天食用的鮮湯中，你會在盡情享用時，早將本難下咽的鹽全部吸收了，這就是飲食中的“稀釋、還原”原理.

同樣的道理，若把物理概念或規律比作“鹽”，把學生的認知特點比作“湯”，“鹽湯”就成了課堂教學中的情境了，就可以通過創設生動有趣的教學情境，來幫助和加深學生對物理概念或規律的消化和理解，這就是課堂教學中的“稀釋、還原”藝術.

現以“力與運動”這節課的教學設計為例，對“稀釋、還原”藝術進行探討.

1 創設情境稀釋

新課伊始，老師可用投影儀出示如圖1所示的一幅彩圖(人教版8年級物理上冊圖0-1-5).提問：你能知道這幅彩圖中所反映的物理學中的一個著名故事嗎？(蘋果為什么落地的故事)你能用簡潔的語言描述蘋果從樹上下落到靜止在平地上這一運動變化的過程嗎？

1.1 學生表述

蘋果的運動將經歷下列三個過程：①A→B：蘋果下落，在空中越落越快；②B→C：蘋果落地后沿坡地滾下；③C→D：滾至平地后越滾越慢，最后停止在平地上，如圖2所示.

圖1 圖2

1.2 引出課題

為什么蘋果在空中下落會越落越快？(受重力的作用)為什么蘋果在平地上會越滾越慢，最后停止在平地上？(受摩擦力的作用)

那么力和運動之間究竟存在著什么關系？這就是本堂課我們要研究的問題.

點評將“力與運動”的關系融化為蘋果豎直下落→斜坡滾下→直至停止在平地上這一具體的問題情境，這就是“稀釋”藝術.這種“稀釋”藝術一方面能很好的激發學生的學習興趣，啟發學生的學習動力，讓學生在熟悉的生活情境有一個物理維度的新認識.其次，啟發學生站在物理的角度重新自發的去認識情境背后的問題.將達到“稀釋”潤物細無聲的效果.

2 建立模型探究

2.1 將實際問題轉化為物理問題

(1)把蘋果抽象成小球，使其在斜面上或在平面上做理想的滾動；

(2)把坡地和平地分別抽象成斜面和水平面，使其粗糙程度相同.

2.2 將一般問題轉化為特殊問題

把蘋果運動變化的過程簡化為4種運動狀態模型，其具體位置為圖2中的①、②、③、④這四個特殊位置.位置①：小球在空中做加速運動，此時小球只受重力的作用(在空中受到的阻力不計)，方向豎直向下，運動方向也豎直向下，如圖3所示.位置②：小球在斜面上做勻速直線運動，此時小球受重力、支持力、摩擦力的作用，三力平衡，合力為零；運動方向沿斜面向下.如圖4所示.位置③：小球在水平面上做減速運動，此時小球受重力、支持力、摩擦力的作用，而重力和支持力為豎直方向上的一對平衡力，其合力的大小等于摩擦力的大小，合力的方向為摩擦力的方向，水平向右，運動方向水平向左，如圖5所示.位置④：小球在水平面上靜止不動，此時小球受重力、支持力的作用，二力平衡，合力為零，如圖6所示.

圖3 圖4 圖5 圖6

點評物理模型的建立，使用的是理想化的思維方法，它排除了實際問題中的某些次要因素，反映的是客觀事物的主要屬性，它使得對研究對象的處理大為簡化.本題中的勻速直線運動、斜面、水平面、(勻)加速運動、(勻)減速運動等都是理想化的模型.在學習的過程中，學生在實際解決問題的過程中，自發的建立“受力分析”的模型，這種模型思想的滲透是學生物理觀念的一個重要組成部分，也是促進學生核心素養逐漸完善的關鍵所在.

3 抽象概括還原

3.1 列表比較

將小球上述過程中力與運動的相互關系記錄在表1中.

表1

3.2 分類歸納

分析表中的相關內容，進行分類歸納

(1)平衡狀態：由位置②和④可知：當F合= 0時，物體受平衡力的作用，處于靜止狀態或勻速直線運動狀態，即物體處于平衡狀態，或者說物體的運動狀態沒有改變.

其思維流程是：F合=0→平衡力→平衡狀態 (靜止或勻速直線運動)

(2)非平衡狀態：由位置①和 ③可知：當F合≠ 0時，物體受非平衡力的作用，處于變速運動狀態(加速或減速)，即物體處于非平衡狀態；當F合與v同向時，物體做加速運動；當F合與v反向時，物體做減速運動；當F合方向改變時(在圖2中的B點和C點)，物體的運動方向也在改變.物理學把速度大小的改變或運動方向的改變都稱之為物體的運動狀態在改變.

其思維流程是：F合≠0→非平衡力→非平衡狀態(變速或變向)

3.3 總結還原

由上述分析的(1)和(2)可知：力是改變物體運動狀態的原因.

點評通過列表比較、分類歸納、總結概括出力與運動的本質關系，力是改變物體運動狀態的原因，這就是“還原”藝術.學生在教師的引導下，無形之中對所學內容達成一個較為深刻的歸納和總結，這種總結達成三個還原的效果，首先是每個學生經歷了這個還原的過程，一個順其自然的歸納、總結、提升的過程.其次，學生對本節課的重點，或者整個力與運動的關系已經達到一個較深刻的、較系統的建構，即受什么樣的力就會有什么樣的運動狀態，反之，有什么樣的運動狀態，就會受什么樣的力.

4 變式遷移提升

4.1 變表格比較為圖象比較

在上表中，若蘋果從A下落到B需要1 s，由B滾到C需要3 s，由C滾到D需要8 s，該蘋果重為4 N，在平地上受到的摩擦力為0.5 N，最大速度為10 m/s.請在圖7中畫出物體運動速度v與時間t關系的圖象和合力F合的大小與時間t關系的圖象.

圖7

剖析由題意可知，①在時間0→1s這段時間內, 蘋果受到重力4N的作用，F合=4N，1s時的速度為10m/s， 在這段時間內速度從0變化為10m/s.②在1→4s這段時間內, 蘋果作勻速直線運動，速度保持10m/s不變，F合=0，③在4-12s這段時間內, 蘋果受到摩擦力為0.5N的作用，速度由10 m/s→0，蘋果運動速度v與時間t的關系如圖8所示，合力F合的大小與時間t的關系圖象如圖9所示.

圖8 圖9

4.2 變物體滾動為物體滑動

在圖10中，水平傳送帶正將一件工藝品從車間運到倉庫，10N重的工藝品靜止放在傳送帶上.該工藝品先在傳送帶上滑動，然后與傳送帶一起向右勻速運動.工藝品滑動時受到摩擦力大小是重力的0.3倍，其在滑動時受到的摩擦力的方向將怎樣？當工藝品隨傳送帶一起勻速運動時，其受到摩擦力的大小又將如何？

圖10

剖析工藝品放到傳送帶上，由靜止變為運動時，其運動狀態發生了改變.這個非平衡力就是工藝品在滑動時所受到的摩擦力，方向水平向右.當工藝品隨傳送帶一起勻速運動時，應處于平衡狀態，受到平衡力的作用.豎直方向的重力與傳送帶對它的支持力平衡，水平方向若受摩擦力，則沒有其它力與之平衡，故水平方向受到的摩擦力應為0.

本題中的物重10N以及摩擦力大小是重力的0.3倍，都是干擾性條件.

本設計只是對如何上好物理規律課進行嘗試和探討.“稀釋”的目的是為了讓學生能容易“消化”課堂教學中的概念和規律，“還原”的宗旨則是為了讓學生更好地“活化”自己的認知結構，變學會為會學.就是讓學生在“稀釋、還原”的藝術熏陶中激發靈感，在深度學習的成功之路上游刃有余.