談高中物理有效思維課堂構建

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摘要：《力的合成》是高中物理的重要基礎內容，本課教學重點在理解“等效替代”的物理思想，學生通過生活實例理解分力、合力和共點力的概念，形成物理觀念。通過自主探究共點力的合成方法，經歷科學思維和科學探究過程，增強了科學態度與責任。

關鍵詞：高中物理教學；力的合成；教學設計

構建有效思維課堂，提高學生的物理核心素養是物理課堂的主線和追求的目標。本文以《力的合成》為例，在教學中通過生活實例使學生理解物理概念，形成物理觀念；通過自主實驗探究，經歷科學思維和科學探究過程，增強科學態度與責任。

一、對教材的整合與借鑒

考試大綱對“力的合成”是二類要求，新課標要求通過實驗，探究求合力的方法。在課堂實施中，可以以教材為基礎但不拘泥于教材，結合學生的邏輯思路稍作調整。人教版必修一教材《力的合成》利用“一個成年人用的力與兩個孩子用的力”提水效果相同的生活實例，使學生體會等效替代的思想，引入合力與分力的概念，利用橡皮筋兩次拉伸相同效果來“探究求合力的方法”，得出力的合成滿足平行四邊形定則，最后提出“共點力”的概念。但按照邏輯思路，應該首先理解共點力概念，然后探究求共點力的合力方法。所以可以對教材進行簡單調整，形成知識線：分力、合力→共點力→平行四邊形定則。教學中，可借鑒美國高中物理教材《Physics——PrinciplesandProblems》Chapter5——ForcesinTwoDimensions，在探究求互成角度的共點力合成方法時，利用兩個彈簧測力計和砝碼進行實驗，猜想合力和兩個分力的大小關系，是否滿足F1+F2=F，通過起步實驗引發學生對原有認識的沖擊。

二、有效思維課堂的設計和實施

1.精心設計導入環節，與學生共同參與并體驗物理的神奇力量

課前教師可與學生合作進行實驗：人拉車。一輛轎車里坐了七個人，當三名女生沿著繩伸直的方向使勁拉車時車很難被拉動，當一名女生沿垂直繩拉動時，很輕松地即可把車拉動。學生經歷親身體驗實驗的過程，感受物理在生活中的神奇力量，探索的欲望被激發出來。

2.尋找生活本源，理解等效替代的物理思想，形成物理觀念

由于分力和合力的等效替代關系在物理思想中比較抽象，課堂上可以通過兩名女生提重物和一名男生提重物進行實驗。從效果上來看，一個男生提水的力和兩個女生提水的力是相同的，所以可以用一個力來代替這兩個力，進而引導學生說出這一個力和兩個力具有“等效替代”的關系。從生活常見的實例出發加深學生對“等效替代”物理思想的認識，理解合力和分力之間的等效替代關系，為本節課重點探究求互成角度的兩個力的合成方法做好鋪墊。從貼近學生的學習實例和原有認知中提出分力、合力、共點力以及力的合成等相關概念，不僅形象生動地解釋了相關概念，也為探究求合力的方法提供了思路。

3.引導學生突破直線思維到形成平面思維的轉化，經歷科學思維

學生在探究求合力的方法時，先解決同一直線上合力與分力的關系，學生在初中學力平衡，對于共線情況可以很容易根據代數運算得出，這屬于認知中的直線思維，完成從代數運算到同一直線的矢量運算過程。不過這種順理成章的思維對學生接觸矢量運算造成很大干擾和障礙，所以突破這種直線思維，形成平面思維是這節課的一個重點。在探究互成角度的力的合成方法時，由于矢量運算比較抽象，可以先類比速度的矢量運算，使學生有一個初步的感知，然后在實驗探究中依據合力和分力的等效替代思想完成從同一直線思維到平面思維的轉化和突破，經歷科學思維過程。

4.設疑猜想，引發學生的認知沖突

為了有效地將直線思維過渡到平面思維，在課上可以采用演示實驗的方式。由于合力和分力具有等效替代的關系，猜想是否F1+F2=F，然后分別用一根彈簧測力計和兩根彈簧測力計拉鉤碼，保證兩次效果相同。這時學生通過讀彈簧測力計的示數發現實驗結果與我們的猜想發生矛盾，形成認知沖突并激發認知驅動，激起學生進一步探究互成角度的力的合成方法的熱情，環環相扣，層層遞進。通過這個簡單的實驗，使學生經歷探究式學習的六個過程：提出問題（是否F1+F2=F）、猜想（F1+F2=F）、制定實驗計劃、實驗操作、得出結論、交流與評價并制定進一步實驗方案。學生在經歷物理實驗的科學探究過程中，提高了思考問題、制定方案解決問題以及自主探究的能力，養成了良好的物理思維。借助這個實驗，讓學生感受矢量運算不同于之前學習的代數運算，打破思路的堡壘，為進一步實驗探究互成角度的力的合成方法做好鋪墊和學習準備。

5.優化物理實驗探究，經歷有效科學思維過程，提高物理核心素養

本節課的重點和難點——設計實驗，可以通過探究互成角度的兩個力的合成方法來實現。首先設計思考環節，隨著問題的遞進，學生經歷深入的科學思維過程，形成了本節課探究實驗的主線。討論的核心問題：怎樣利用手中的器材找到兩個分力和與之對應的合力？怎樣記錄分力和合力的大小和方向？怎樣準確地把兩個分力和合力的大小、方向表示出來？怎樣表述合力的大小、方向與分力的大小、方向的關系？這幾個思考問題貫穿了本節課探究互成角度的兩個力的合力方法的主線，將難點逐一攻破。學生在思考過程中需要深刻理解等效替代的物理思想，理解力的矢量性，所以要保證橡皮筋產生相同的效果需要將橡皮筋沿著同一方向拉伸到相同的長度，這一過程能夠突出本節課的重點——等效替代思想。在記錄力的方向時為減小實驗誤差，采用描點法記錄方向。設定問題，引導學生畫力的圖示將分力和合力表示出來，為了減小由于操作帶來的誤差，學生應明確注意事項，認真進行實驗。

6.尋找合力與分力的關系，多維度分析幾何特點，經歷科學探究過程

探究求互成角度的力的合成方法——平行四邊形定則是本節課的教學難點，利用拉伸橡皮筋產生相同的效果得到合力和分力，并用力的圖示表示出來。可采用開放式的問題探究模式引導學生尋找它們之間的關系，啟發學生從多個角度去觀察分析，從大小、角度、圖形、幾何關系等多個角度去分析，讓學生根據自己的實驗結果得出一些猜想，尋找共同點，而不是直接將平行四邊形結論給出。高一學生具備了較強的觀察和分析能力，可以利用數學幾何中做輔助線的方法得到一些新圖形和發現，引導學生嘗試把合力的分力的箭頭端連在一起，通過視頻展臺把學生有代表性的力的圖示進行展示，分析圖示的形狀、特點和一般規律，初步得出力的平行四邊形定則。通過學生自主探究實驗得出平行四邊形的結論，體會科學探究精神，讓學生體驗探索實驗帶來的驚喜，比如有的小組得到菱形、矩形等，但它們都具有相同點：都是平行四邊形。

7.利用力的傳感器，體驗現代科技的魅力

在實驗教學中，除了設計合理的實驗方案，還要進一步分析實驗過程中可能出現的誤差，如進行力的圖示時作圖出現的誤差、橡皮筋拉伸效果產生的誤差、描點法記錄力的方向的誤差、細線和彈簧測力計與板面是否平行的誤差等。實驗過程中要精確操作，使學生形成嚴謹求實的科學精神和科學態度。為提高實驗精確度，課堂上可以利用力的傳感器進行實驗，準確讀出力的大小并傳輸到電腦，通過軟件進行合成。從實驗的設計、試驗臺的搭建、軟件的調試到實驗操作，經歷了多次的推翻嘗試過程最終呈現出來，一是學生體會“偶然誤差”和“系統誤差”存在的情況，二是學生通過力的傳感器體驗科技給物理課堂帶來的趣味和魅力，在今后的學習中可以用傳感器進行比傳統教具更精確的實驗過程，如最大靜摩擦力與滑動摩擦力的大小關系，牛頓第三定律，光電門測速度等。

8.自制教具操作實驗，體驗隨處可尋的物理妙招

在得出平行四邊形結論之后，思考當分力大小不變，合力隨夾角變化的規律時，為了更直觀地展現變化規律，自制簡單的小教具，用三張白紙卷成紙棒，分別表示兩個分力和合力，很容易發現當分力大小不變時，分力夾角越大合力越小。這一過程不僅加深了學生對平行四邊形定則的理解和應用，還可以使學生意識到在生活周圍處處都是可以點石成金的寶物，都可以作為學習物理的工具和解決問題的突破口。

9.創設生活情境，感受物理與人類生活的關系，形成科學態度與責任

通過學習，嘗試解釋“神奇的力量”——人拉車的現象，首尾呼應。一是學生在這個過程中學以致用，體驗物理給生活帶來的魅力，二是通過學習拓展思維，思考生活中還有哪些現象可以用力的合成知識解釋，比如怎樣做引體向上更省力？為什么小七孔橋建成拱形？在這一過程認識科學本質，感受物理與人類生活的關系，逐漸形成認識人類生活、探索自然的內在動力，形成務實嚴謹、勇于探索、嚴謹認真、實事求是的科學態度。三是通過思維拓展，為下一節《力的分解》做好鋪墊和過渡。綜上，因為本節課的教學重難點都在于探究求互成角度的兩個分力的合成方法，旨在學生經歷科學探究過程，通過小組實驗、交流討論得出結論，單單一次實驗并不能夠完全說明結論的正確性，所以在教學中，教師應該把學生分多組并進行多次實驗，并將實驗結果進行分享，從共性中找出個性規律。

作者：楊帆 單位：延邊第二中學