对高中牛顿运动定律教学的研究

北京市第十中学 齐 薇

牛顿运动定律是高中物理的核心内容之一，对培养学生科学素养有重要的作用。牛顿运动定律的教学具有综合性，它将运动学和力学有机地结合起来，成为高中物理的一个重要支柱。下面就从学生学习困难的原因和教学策略进行说明。

一、学生学习困难的原因

牛顿运动定律对学生的理解能力、推理能力和应用能力有较高的要求，即便是进入高考复习阶段的学生仍会在这一部分存在较大障碍。为什么解决与牛顿运动定律相关的问题对学生来说困难重重呢？通过教学研究发现，学生存在困难的原因可以归结为四个方面：

（一）问题情境多种多样

关于牛顿运动定律的应用，可谓是情境丰富多变。因其与生活息息相关，所以生活、科技上的很多事例都可以作为问题背景出现。由于缺乏对生活的观察，以及对科学技术的关注，多数学生认为与牛顿运动定律相关的问题既灵活又较难掌握。

（二）不能充分挖掘图象所呈现的信息

图象是研究物理规律的一条有效途径，图象中往往蕴含着丰富的信息，获取这些信息，就可以为解决问题找到突破口。遇到物理图象时，学生须明确该从哪些角度出发进行研究。对于图象，我们要向学生强调“三看一理解”，即看横纵坐标、看截距、看单位；理解斜率和面积所反映的物理意义，以图1为例进行说明。

图1描绘的是跳伞运动员从直升机上跳下的v-t图象。其中跳伞运动员的总质量为80kg，从离地500m的直升机上跳下，经过2s拉开绳索开启降落伞。

v-t图象的斜率表示加速度，图象与坐标轴所围的面积表示位移。由图可知，物体在前2s内的图象为直线，斜率不变，可以推知物体在前2s内做的是匀加速直线运动。第14s后，物体的速度保持不变，斜率为零，说明运动员所受合外力为零，从而在落地前做匀速直线运动。通过估算运动员下落的高度，可以促进学生对v-t图象与坐标轴围成面积的理解。由于v-t图象与坐标轴围成面积不规则，所以还可考查学生对形状不规则的面积的处理方法，提升学生解决实际问题的能力。

（三）对相关解题方法理解不到位

根据物理问题的特点，可以利用特定的方法进行解题。在教学时，为了使学生能够明确如何使用某一方法，往往选用最简单的问题情境对解题方法进行教学。不过，有时会出现“以偏概全”的现象，容易造成学生片面的认知。以“整体隔离法”为例，多数学生对“整体隔离法”的认识，还停留在多个研究对象必须有共同加速度的认识上。这是由于平时解决问题的情境过于单一，造成学生理解上的偏颇。实际上整体隔离法不需要严格限制各个物体的加速度必须相同。在进行整体与隔离法教学时，不论各物体加速度是否相同，最好都将等式右侧写成各个物体的质量与各自加速度的乘积的形式，然后再相加求和，即而非质量之和乘以加速度，即，这样可以帮助学生尽量远离整体隔离法的误区。

（四）对相关物理概念理解不透彻

在应用牛顿运动定律题的过程中，学生部分困难来源于对物理概念理解不透彻，以摩擦力为例进行说明。

如图2所示，长为12m、质量为50kg的木板放在水平面上，木板与地面间的动摩擦因数为0.1。质量为50kg的人立于木板左端，开始木板与人均静止。后来，人以4m/s2的加速度匀加速向右奔跑，试判断人所受到的摩擦力的方向。

在判断人所受到的摩擦力的方向时，学生认为“人相对于木板向右运动，则受到的摩擦力应该向左。”所以学生存在疑惑——“忽略人自身生物能的转化，人加速运动的动力来自于哪里呢？”出现这一问题的原因是学生没有准确地理解摩擦力的定义。我们将“两个物体相互接触并挤压，当它们沿接触面发生相对运动或产生相对运动趋势时，每个物体的接触面上都会受到对方作用的阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这个力叫做摩擦力。”所以，摩擦力应该作用在各个物体的接触面上。

在上述情境中，摩擦力作用在人脚与木板之间的接触面上，而非人整体。人脚相对于木板的运动趋势为水平向后，所以人脚受到的摩擦力向前，且为静摩擦力，为人提供向右加速奔跑的动力。可见准确理解物理概念对分析题目有重要的意义。

二、教学策略

针对学生现存问题，提出如下教学策略：

（一）帮助学生建立起“一个思想”——加速度与物体的运动状态密不可分

加速度是否存在决定了物体的运动状态是否会改变；加速度是否恒定，以及与速度方向间的夹角决定了物体的运动状态。因为“加速度”是连接力与运动的桥梁，所以要以加速度（合外力）为纽带，要帮助学生建立起力与运动的联系，即“通过受力分析来判断物体的运动状态”，以及“利用物体的运动状态来推断物体的受力情况”。

（二）强化用“一题多法”进行教学，鼓励学生尝试用多种方法解决问题

“一题多解”不仅可以加深学生对知识的理解，也可以培养学生思维的发散性与灵活性，从而激发学生学习物理的兴趣。比如，正交分解法——当物体受三力不再平衡时（即有加速度时），或者受力个数超过三个时，往往选择正交分解法解题。正交分解法，可以选择分解力，也可以选择分解加速度，至于哪种方法更简单，教师可以让学生自行探索，从而得出结论，正所谓“授之以鱼不如授之以渔”，掌握方法远比仅仅记住结论重要。

（三）培养学生化繁为简、抽象模型的能力

物理问题往往涉及多个过程，教学时，学生要将整个过程划分成多个子过程，并将各子过程抽象成所熟悉的模型，在平时教学时要重视对学生抽象模型能力的培养。

（四）注意题目间的相似性，利用对比的方式进行教学

很多问题情境相似，学生容易出现生搬硬套的现象，从而忽视其中的不同，不利于培养学生的科学思维。在教学中，教师要利用好相似的题目，通过对比教学，促进学生分析与综合能力的养成。

牛顿运动定律的教学贯穿于整个高中，且与生活息息相关，它对学生发现、认识身边的各种现象起着重要的指导作用。正因如此，教师才要帮助学生准确地认识牛顿运动定律，摆脱错误的认识，从而完善学生的科学观念，为培养学生的科学素养和创新型人才作出贡献。