创设有效情境 突破力的分解难点教学——《力的分解》的教学分析及设计

王治国

(江苏省南京市雨花台中学，江苏　南京　210012)

创设有效情境突破力的分解难点教学——《力的分解》的教学分析及设计

王治国

(江苏省南京市雨花台中学，江苏南京210012)

摘要：本文试图通过创设多种情景，激发学生观察、体验，领悟“力的实际效果”和“等效替代”的思想方法；通过整合多种教学资源，帮助学生掌握力的分解方法,感悟力的分解在解决实际问题中的重要意义，从而激发学生的学习兴趣,增强学生合作学习与探究性学习能力.

关键词：力的分解；创设情境；教学设计

1教学分析

《力的分解》是高中物理教学中的一个重点和难点，同时作为初高中物理衔接的重要“台阶”，它一直是广大高中物理教师研究的热点内容.难度主要来自两个方面：一是“分力的作用效果”比较抽象，学生缺乏必要的感性认识，从而难于把握“将力沿什么方向进行分解”；二是要求学生具有较强的“应用数学知识解决物理问题的能力”.

多年来不少教师在处理这部分教材时，没有充分认识到学生刚步入高中时的学习能力和适应能力，不注意创设有效的教学情景作适当铺垫，引导学生自主体验、领悟“力的分解的内涵”、“力的分解的思想方法”，而是对这部分内容“蜻蜓点水”一带而过，急于把学生引导到“力的分解的应用”上去，使之变成一节习题课.这种处理方法剥夺了学生对“力的分解内涵”的体验与领悟过程，无法使学生真正理解其中的思想方法，导致学生对力的分解内涵学的不实，力的分解方法学的不活，知识的迁移能力得不到提高.

2教学过程设计

针对本节课的特点，本设计通过创设多种教学情景，采用“理论分析、情景再现、活动体验、实例分析”等教学方法.让学生通过亲身的体验和感受，理解分力作用效果的客观存在性和唯一性,进而掌握“如何对力进行分解”的方法.教学中尽可能地给学生创设学习情境和参与的平台,让学生获得丰富的体验，形成深刻的感受,从而达成新课程理念中的三维目标的立体整合.

(1)创设“生活化”的激趣情境，激发学生探究欲望

取一个质量较大的砝码放在桌子上，问：用细棉线把它提起来，用一根线易断还是两根线易断？

学生回答一根线易断.

实验：用一根细线可将砝码稳稳地提起，而用两根同样的细线(使两线间有较大的夹角)提砝码时，细线断了.

学生非常诧异，议论纷纷.

设问：为什么两根线的效果反而不如一根线呢？学完本节课后就会明白其中的奥妙.

设计意图：创设与学生的生活经验相矛盾的学习情境，学生会萌生疑问，引发认知冲突和好奇心,从而激发学生内在的学习需求,由被动进入了主动状态，为新课学习做好心理上的铺垫.同时又能使学生亲身感受物理与日常生活的密切联系,从而养成观察生活现象的习惯，让学生真正做到“爱学”、“乐学”和“会学”.

(2)创设有效的实验情境，加深对“力的分解内涵”的理解

演示实验：如图1，橡皮筋两端固定，用力竖直向下拉悬绳，在该拉力的作用下两根橡皮筋都发生了伸长，结点到达的位置为O(边讲边实验)将两橡皮筋伸长的方向及拉力画出来并加以表示.再用两个力F1、F2拉橡皮筋，使结点达同样的位置O.

问：用两个力拉橡皮筋，与一个力拉，效果相同吗？

图1

学生：相同.

点拔：前面我们学过若一个力产生的效果与几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫那几个力的合力，现在又清楚地看到与之相反的另一种情况，两个力共同产生的作用效果与一个力产生的效果相同，我们把这两个力叫原来那个力的分力.

求效果与原来那一个力效果完全相同的分力的过程叫力的分解.

引导：将刚才的演示实验与“两个力的合成”实验进行对比，力的分解应当遵循什么法则？

学生：两实验只是步骤恰好相反，力的分解是力的合成的逆运算，所以也应当遵循平行四边行定则.

设计意图：通过两次拉橡皮筋的实验的比较，创设形象直观的实验情景，让学生比较，体验，在此基础上，引入分力和力的分解的概念，使学生更容易理解“力的分解是力的合成的逆运算”.同时，强化等效替代的思想，培养学生观察和分析问题的能力.

(3)创设开放的对话情境，体会力的分解的多解性

启发：根据上面的结论，要分解一个力，应当把这个力当成什么？

学生：把这个力当成平行四边形的对角线.

问：那么分力应当怎样表示？

学生：分力应该是平行四边形的两个邻边.

图2

分组实验：如图2所示，用一根线对折后拴在橡皮筋上，试着改变细线间的夹角，每次用不同的力把结点拉伸到同一位置O点.

问：实验现象说明了什么问题？

学生思考后得出：一个力分解的结果是不确定的，即一个力可以分解为无数对大小、方向不同的分力.

启发：对，这就好比7等于哪两个数相加，有无数个答案一样，那么如果给定两个分力的方向，分解的答案能唯一确定吗？试着作图并思考.

学生作图后回答：这种情况下力的分解是唯一的.

设计意图：通过对话、实验与交流，营造民主和谐的课堂氛围，让更多的学生参与进来，经历知识的发生、发展过程，体验其中的科学思想和思维方法，对力的分解的不确定性有更加直观的感受和深刻的理解，促进学生知识、能力、情感的全面发展，提高课堂教学的有效性.

(4)创设典型的问题情境，建构“力的分解的思想方法”

问题1斜面上物体的重力分解

体验探究：在水平伸出的手掌上放一本书，然后逐渐倾斜至书下滑，并说出感受.

图3

如图3所示，在一倾斜放置的塑料尺上放一物体，物体上系一橡皮筋，橡皮筋另一头系在塑料尺上方的钉子上，观察橡皮筋的长度变化和塑料尺的弯曲情况.

讨论交流：

①斜面上物体的重力产生了怎样的效果?

②应沿哪两个方向分解重力?试作出重力分解的示意图并求出两个分力的大小.

图4

③有人说上图4中重力G可以分解为下滑力G1和对斜面的压力G2，这种说法对吗？为什么？

④长江大桥的引桥为什么要建得那么长?

图5

实验验证：观看如图5所示的自制的斜面重力分解演示器：不断地改变倾角，让学生感受弹簧秤和台秤示数的变化.

设计意图：新课程强调体验式教学，为此设计体验探究、实验观察这一活动环节，让学生在亲身经历中真真切切地感知“力的实际效果”,在此基础上开展自主探究，最终使学生明确力分解的基本思路和方法,掌握用作图法和计算法处理物理问题的能力.

运用数学知识解决物理问题是高一学生感到困难的问题之一，讨论交流②的目的是为了让学生逐步学会应用数学方法解答物理问题，体会作图法、三角函数法在力的分解中的重要作用，感受科学方法的重要性.

讨论交流③意在让学生明确在对物体受力分析时,不能将合力与分力重复分析，了解分力并非物体实际受到的力，只是为了研究问题方便，用分力替代而已，避免出现将G2认为是对斜面的压力，从而进一步理解合力与分力的等效替代关系.

讨论交流④目的是让学生学会应用理论解决实际问题，养成理论联系实际的良好习惯，从而深刻理解科学的价值，感悟科学的魅力.

问题2对物体斜向上拉力的分解

图6

图7

观察体验：如图7，取一个长50cm有机塑料尺，架在两个物体上，再把一个重约15N的物块放在上面，可看到：塑料尺被压成弓形，然后用一个斜向上的力F作用到物体上并使物块缓慢向右移动.

思考与交流：

①拉力F沿哪两个方向分解?请作出分解F的示意图，并求出两个分力的大小.

②试求物块所受的支持力与摩擦力?

③若将拉力改为推力,又当如何分解?

④在生活、生产中有相似的实例吗？

实验验证：

图8

如图8所示，将带有毛刷的物块放在台秤上，用斜向上的力拉它，逐渐增大拉力，让学生观察台秤示数及物块下面毛刷的形状变化.

设计意图：通过简单、直观的实验,引导学生学会观察实验现象，思考实验现象背后的问题，从而获得真实的体验,为最终确定两个分力的方向打下基础,进一步加深对力的效果分解法的理解.

问题3支架受到的拉力

图9

图10

实验与体验：

①学生活动：每两个同学一组，一位同学一手叉腰，另一位同学向下拉他的肘部，感受向下的力所产生的效果,然后再相互调换，体会拉力对手臂产生的作用效果.

②演示实验：用支架受力显示器来显示重物的拉力对支架的作用效果，发现N处橡皮条凸起，说明NO杆受拉力，M处橡皮条凹下，说明MO杆受压力.

思考交流：

①怎样确定杆OM、ON的受力方向?试画出拉力的分解示意图，并求出两分力大小.

②在我们生活、生产实践中，该实例又有哪些应用？

③如何分解一个力，分解的步骤是什么？

设计意图：创设“用身体感受力的作用效果、用实验放大力的作用效果”的情景,无疑是破解“力的作用效果的隐蔽性”的一个行之有效的方法.同时学生在相互合作、交流、体验中可以提高自己的学习能力，增强对所学知识的理解，体验合作学习的快乐.

(5)创设应用情境，激励自主探究，强化知识迁移

应用1：为什么用两根互成角度的线提物体时易断？要求画图说明.

学生讨论：重物的重力产生两个作用效果，一个沿绳拉OA，另一个沿绳拉OB，作图11可发现，两绳夹角越大，绳的拉力就越大，且可能大于重力，故用两根互成大角度的绳拉物体时绳易断.

图11

应用2：成语“迎刃而解、势如破竹”描述的是用刀从竹子上端劈下，只要劈几节，竹子就会自动分裂开来，刀刃夹角越小，我们就说这把刀越锋利，越能切物品，这是为什么？

学生可能回答：夹角越小，接触面越小，压强越大.

图12

设计意图：使学生感受物理与日常生活的密切联系,贯彻“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,突出STS思想，同时呼应新课的导入，感受学以致用思想.培养学生观察生活现象的习惯,提高学生分析问题和解决问题的能力及学习物理的兴趣.

3教学反思

高一学生刚接触到矢量概念，对力的分解的理解存在一定的困难，如何激发学生的学习热情，

铺设合适的台阶，引导学生在课堂上自主学习、合作学习,是本节课的关键.

本节课根据课标的要求，在创设物理情境的基础上,提出探究问题，以问题为载体，通过师生互动探究出分解力的方法作为本节课的主线.在具体的教学过程中，通过创设的各种情景，调动学生多种感官，多方面，多层次体验力的作用效果，作为本节课突破教学难点的有效手段.在解决物理问题过程中，深化了物理概念的理解,强化了数学知识的应用，让学生在宽松愉悦的气氛中掌握了科学的方法，体验到了获取知识的乐趣.课堂上，有效的情境降低了学习难度，引发了学生的联想，激发了学生的智慧，催动了学生的灵感，学生在创设的各种情景中得到了感悟，知识和方法在活动的情景中逐步生成.

不能奢求一节课就能达到深刻认识力的分解的内涵，全面掌握力的分解方法，所以本节课要立足基础，注重为创建情境来进行量的积累，为最终实现学生能力提高的质变创造条件.

参考文献：

[1]刘炳升．走进高中新课改：物理教师必读．南京：南京师范大学出版社，2005．

[2]张宪魁．物理科学方法教育．青岛：中国海洋大学出版社，2000．

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