从人教版“力的分解”最新修订“萃取”出的隐性知识

江西师范大学物理与通信电子学院(330022) 宋楠柯 周新雅 沈林东

“力的分解”既是高中物理知识体系中的重点也是难点。在教学这一知识点时，不少教师常常是将重心放在如何对某一个力“按作用效果进行分解”上。依据是各个版本教材先前针对“力的分解”的表述。早期的人教版、粤教版、教科版、沪教版和鲁科版教材中均是如此，但人教版教材经过2019年最新修订后摒弃了这一说法，取而代之的表述是“力根据实际情况分解”，并将“力的分解”内容编排作出了重大调整，其中究竟隐藏着什么玄机，是一线教师不甚明了的地方，笔者特此进行了以下梳理。

1 教材的变迁

人民教育出版社为了更好地适应时代的需要，在广泛调研、总结经验、反思不足的基础上，就内容的选取、组织和呈现方式等方面对高中物理教材“力的分解”进行了全面的修订。对比2006年、2010年、2019年先后的修订版不难发现，随着教材不断修订完善，易教性和易学性越来越明显。如果能及时明确这些变化所包含的意图，就能给教学带来更多帮助和启示，也有利于教师进一步把握教材的实质。

1.1 从人教版教材“力的分解”中一道题目不断改变说起

1.1.1 2006年人教版中的一道例题

例题：如图1所示，把一个物体放在倾角为θ的斜面上，物体受到竖直向下的重力，但它并不能竖直下落。从力的作用效果看，应该怎样将重力分解？两个分力的大小与斜面的倾角有什么关系？

图1中物体所受重力使它下滑，同时紧压斜面。要根据这两个效果把力分解。

分力和合力其实是指同一物体上受到的力，将某力分解得到的分力与合力等效且属同一性质的力，这是学生在解题前已有的部分认知。而2006年人教版教材的这一例题却容易让一些学生产生这样的疑惑：重力G垂直于斜面使物体紧压斜面的分力F2并不作用在同一物体上，似乎力还可以被分解成该物体对其他物体的作用力。显然，这和前面所讲的“力的分解”是“对同一个物体所受力的等效分解”相矛盾。另外，重力G属于引力的一部分，而F1与F2为弹力，一个引力可以分解为两个弹力吗？这似乎又和力分解前后应是同一性质的力矛盾。

1.1.2 2010年与2019年人教版一改再改的题

2010年人教版教材则将例题改变成：把一个物体放在倾角为θ的斜面上。物体受到重力，大小为G，方向竖直向下，如图2甲所示(物体还受到其他力的作用，图中没有画出)。现在需要沿平行于斜面的方向和垂直于斜面的方向对物体的运动分别进行研究，为此建立直角坐标系如图2乙所示。现在把重力G沿两个坐标轴的方向分解为F1和F2，求两个分力的大小。

例题直接给出重力的两个分力方向，需要求的是分力的大小，简单直接，符合学生学习认知特点。相较于2006年版教材中的例题，避免了力按作用效果分解带来的困惑。但是，由于该例题并没有展现出为什么要对一个力进行分解，学生可能还会“知其然而不知其所以然”，当再次遇到未知两个分力方向的问题时依然无从下手。

2019年人教版教材对该题目的表述虽然仍与2010年人教版教材基本相同，但不再作为例题，而是将其变身为“联系与应用”中的一道练习题。紧随着一道题的一改再改，与之相适应的人教教材为此也作出了根本性改变，那就是彻底摒弃了“力按作用效果分解”的做法，转而直接给出两个分力的方向，这是一个非常突出但又显得微弱的信号，需要更多有识之士共同理解并付诸实施，请看教材与之配套的其他改变。

物理是一门逻辑严谨的学科，教材内容编排顺序的变化反映了教学内容逻辑思维的变化。笔者对比了2019年人教版教材和2010年人教版(或2006年人教版)教材的部分编排顺序，2019年人教版教材将2010年人教版教材的4.5节“牛顿第三定律”编排在3.3节“牛顿第三定律”，将2010年人教版教材的3.4节“力的合成”和3.5“力的分解”合为3.4节“力的合成和分解”。另外，2019年人教版教材将2010年人教版的4.7节中的“共点力的平衡条件”编排在3.4节“力的合成和分解”之后，即3.5节“共点力的平衡”。

教材的编排顺序为何要作这样的变化，这需要教师从物理规律的本质出发，理清教材变化的来龙去脉方可达到释疑解惑的效果。

2 疑惑产生的原因

教材是教师和学生的第一手资料，其内容的编写直接影响着教师的教和学生的学。对于存在的疑惑，笔者通过研究相关资料并结合自身实践，总结得出以下几点原因。

2.1 不同版本教材均提出“按力的作用效果分解”

笔者查阅了现行的高中物理其他版本教材，发现粤教版、教科版、沪教版、鲁科版教材均提出“按力的作用效果分解”。粤教版在“力的合成与分解”的教学片段中提到：在进行力的分解时，一般先根据力的作用效果来确定分力的方向，再依据平行四边形定则来计算分力的大小。教科版“力的分解”则是这样阐述的：如果对一个力的分解没有条件限制，那么一个力可以由无数组分力来替代。在一个具体问题中，对一个已知力的分解可根据力的实际作用效果来确定。

前面说过从不同版本教材的表述可知，现行的大部分教材均提出“按力的作用效果分解”，这就自然而然导致了教师教学时也采用这种说法。

2.2 “合力”与“分力”演示实验中渗透了“分力有作用效果”

在2010年人教版教材“力的合成”中的“探究求合力的方法”实验，如图3所示，将小圆环挂在橡皮条下端，用两个弹簧测力计拉小圆环的效果和用一个弹簧测力计拉的效果相同，即F1和F2的共同作用效果和F的作用效果相同，通过画力的图示得出F1和F2与F满足平行四边形定则。教材中将F1和F2称为分力、F称为合力。在该实验中F1和F2确确实实是存在作用效果的，在学生的潜意识中就形成“按力的作用效果”分解是对的。其实不然，“力的分解”和“力的合成”是等效思想的具体应用，“合力”和“分力”都是根据矢量运算法则得出来的结果。在实验中F1和F2的共同作用效果等效于F的作用效果，并不说明F有两个作用效果是沿F1和F2方向拉橡皮条。改变F1和F2的大小和方向，只要把小圆环拉到相同的位置，那么F1和F2就与F是等效的。

2.3 直接经验引起的错觉

在学习“力的分解”时，教师为了让学生直观地感受“力的作用效果”，通常带领学生做如图4所示的实验，让学生亲身感受钩码竖直向下拉细绳的力产生的作用效果,从而获得直接经验。通过该实验，学生的确感受到了细绳BO对手指的拉力和圆珠笔对手掌的压力，就认为钩码竖直向下拉细绳的力产生的作用效果分别是沿细绳BO斜向下拉手指和沿圆珠笔向里压手掌，因此将F1分解为F2和F3。但是细绳BO斜向下拉手指的力F2是细绳与手指之间的相互作用，圆珠笔向里压手掌的力F3是圆珠笔与手掌的相互作用，而F1是细绳与圆珠笔之间的相互作用，分力和合力作用在不同的物体上，这显然和力的分解是对同一个物体所受力的等效分解相矛盾。

3 2019年人教版教材编排顺序变化的优势

2019年人教版教材果断调整“力的合成和分解”内容编排顺序，使其明显具有以下优势：

第一，有利于设置明确的教学目标。2019年人教版教材在“力的分解”中只需要掌握用平行四边形定则求解有确定解的两个分力，并没有要求根据“力的分解”直接求解物体的受力，降低了教学的难度，避免了上述分析带来的疑惑。

第二，有利于从本质上揭示分解力的原因。在“力的合成和分解”中学生掌握了求解已知确定方向的两个分力，在下一节“共点力的平衡”中，便可以知道为什么这样分解。如图5所示，静止在斜面上的物体受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN和沿斜面向上的摩擦力Ff，此时物体在这三个力的作用下保持平衡。若求物体所受的支持力FN和摩擦力Ff的大小，可以沿斜面方向和垂直于斜面方向建立直角坐标系，将重力沿两个坐标轴方向分解为G1和G2。由平衡条件可知，支持力FN的大小就等于G1的大小，摩擦力Ff的大小就等于G2的大小。所以，分解重力的原因是便于人们解决问题，这也就与教材上面所讲的一个已知力究竟应该怎样分解，由具体情况来确定相一致。

第三，2019年人教版教材将“牛顿第三定律”编排在“力的合成和分解”的前一节，有利于求解物体对斜面的压力。根据第二点分析，在已经求出来斜面对物体的支持力大小后，根据牛顿第三定律，物体对斜面的压力大小就等于斜面对物体的支持力的大小。

第四，有利于培养学生的物理核心素养。2019年人教版教材将“共点力的平衡”编排在“力的合成和分解”之后，学生不仅学会对已知力进行分解，而且知道了为什么这样分解，知其然且知其所以然，具备了分析问题和解决问题的能力。

4 对教学“力的分解”的建议

教材作为师生共有的第一手教学资料，虽然2019年人教版教材在“力的分解”中明显已经作出了改变，但是，仍然有很多教师未作出相应的改变。教师应该熟读教材，重视教材修订前后的变化，顺应教材的发展变化要求。

4.1 教师应设置明确的教学目标

修订后的教材在“力的分解”中的教学目标可以设为：①理解合力和分力的概念；②突出力的分解的等效替换的思想；③会用平行四边形定则求解有确定解的两个分力。明确“力的分解”只是解决问题的一个工具。修订后的教材在“力的分解”练习题中并没有用力的分解来求解物体受力。这样设置内容，前后一致，教学目标清晰明确。

4.2 把握“力的分解”的功能定位

力的合成和分解，其功能定位于“应用等效替换方法的受力计算工具”，这样的功能定位，不仅易于学生接受，而且还有利于节约课堂教学时间，也大大减轻了学生的负担，最重要的是规范了以“运动与相互作用”的视角分析问题的思路，在实际教学中就不应拔高其要求，不要用力的合成和分解直接求解物体的受力问题。

5 总结

从教材“力的分解”一节中的内容编排顺序变化可以看出，在教学中广大一线教师既要构建有优化结构的高中物理知识系统，又要广泛收集教材资源，多做教材分析，感悟新修订教材中的隐性知识，在教学实践中，体悟教材修订完善带来的诸多益处。