以培养科学思维为导向的一轮复习教学设计——以动能定理的教学为例

重庆 方全波

1.问题的提出

在高三一轮复习阶段不仅需要学生巩固已有知识，更需要提升学生解决问题的能力，学生在面对物理问题时，能够快速提取有用信息，正确地思考问题，对不同的观点能提出质疑和创造性的见解，形成一套解决问题的方法和策略，这也是中学物理教学一直倡导的培养学生的科学思维能力。

动能定理是物理学中一条重要的运动规律，揭示了外力对物体做的总功与物体动能变化之间的关系。与匀变速运动规律相比更具广泛性、优越性和灵活性。因此在一轮复习阶段去提升学生用动能定理解决物理问题的能力十分重要。下面笔者以动能定理教学为例来探讨一轮复习中的科学思维能力的培养。

2.精心设计教学内容，体现科学思维培养过程

在备考阶段学生容易出现的问题是：在复习知识的时候忽视概念和规律的辨析，不去深究物理结论的意义和成立的条件，不去寻找规律之间、模型之间及问题之间的差异等；在面对物理问题时，不去思考其中的物理规律及运用物理学科的方法去探究行动与结果之间的特定联结过程，而首先想到的是套公式或者模仿以前做过的题目求解。其后果是找不出相似问题的区别，抓不住问题的本质，越做试题头脑越混乱，成绩越来越差，不符合教学的发展要求。一轮复习要在短短几个月内把高考内容全部复习到位，让学生提高能力，教师的课堂教学必须化繁为简，要句句讲到核心上，在教学中主动引导学生去思考、去辨析、去总结，去提升。

2.1 回顾教材，找到规律的差异性，建立正确的物理模型

学生在面对诸多运动学规律如匀变速直线运动规律、动能定理及动量定理时，遇到的第一个问题可能就是用什么公式处理什么样的物理问题。该问题的处理应该回到教材上的公式引入上面。

2.2 抓住核心，巧设问题，培养科学推理能力

考虑教学时间以及教学的生成，教师设计的物理问题应该围绕教学目标直指教学的核心。本节课首先要对物理学中的几个运动规律进行区分，找到规律的差异性；其次引导学生关注用动能定理解决多运动过程时的易错点，如：每个力做功的多少和正负及因主动力的改变或运动的需要导致被动力突变等问题。在复习开始的阶段，教师可以通过设计如下的物理问题引入复习内容。

【例1】如图1所示，在水平面上，用与水平方向成θ=37°角斜向上方的拉力F=10 N拉着一个质量m=1 kg的物体从静止开始运动，物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.5，物体运动s1=12 m时撤去拉力。sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度取g=10 m/s2。求：

图1

(1)外力撤去瞬间物块的速度是多少；

(2)物块运动的总时间是多少；

(3)物块在水平面上滑行的最大距离。

例题中的(1)重点讲解处理匀变速直线运动时利用牛顿第二定律与匀变速直线运动规律和动能定理的异曲同工之处；(2)重点讲解动能定理与动量定理在处理问题上的区别，在此引导学生回顾教材，找到规律之间的区别和联系；(3)重点讲解动能定理处理多过程时的易错点，整个运动过程中因外力的突变导致摩擦力发生变化，所以在整体处理问题时，摩擦力做功应该分段处理。最后规范解题步骤：第一步受力分析、运动分析；第二步找出每个力作用下的位移，写出每个力做功的多少以及正负；第三步找出物体的初、末动能；第四步根据动能定理左侧为所有力做功，右侧为动能变化列出等式求解。

以八个半综合征为表现的桥脑出血合并Wernicke脑病1例报告 …………… 袁伟杰，李桂心，邓德旺 408

2.3 精选例题，形成对比，培养学生的创新与质疑能力

通过对例题1(3)问的处理，会发现多过程处理的重点是一定要找准每个力做功，该试题易错的是摩擦力做的功。那就有必要把有关摩擦力做功的问题单独谈论一番。

【例2】如图2所示，AB为可调节的斜面，BC为一水平面，AB、BC粗糙程度相同。现有一滑块由A点静止释放，恰好运动到C点。现在把斜面改成AB′，滑块依然从A点静止释放，问滑块能否停到C点。(忽略滑块从斜面运动到水平面时的能量损失)

图2

摩擦力在AB段对滑块做功：WfAB=-μmgABcosθ=-μmgA′B，由表达式看出滑块由A到B摩擦力做功与滑块从A′到B摩擦力做功相同；若滑块由A静止出发恰能到达C点，由动能定理知：mgAA′=μmgABcosθ+μmgBC=μmgA′C，若物体沿AB′运动，情况也相同，所以也恰好到达C点。

解决该问题的核心是找到摩擦力做功的等效，那是不是所有情况下学生都能把斜面上的摩擦力做功等效到水平面上进行处理？如图3所示，现在把题中的AB斜面改成一个粗糙程度与AB相同的弧面还能进行等效吗？此时肯定不行了，因为滑块在下滑的过程中，垂直速度方向的合力不再为0，弧面给物体的支持力FN≠μmgcosθ，所以不能进行等效。通过刚才的辨析找到问题的根本所在，下滑的过程中若FN=μmgcosθ时可以进行等效，若不相等则不可以。这样一来解决如下问题就变得很简单了。

图3

【试题】如图4，一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道。质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，重力加速度的大小为g。用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功。则

( )

图4

2.4 一题多变，合理拓展，提升学生科学思维的能力

一轮复习的课堂不仅要关注学困生的基础问题，还要注重学优生的能力提升，所以对教师设计的教学内容提出更高要求，既要有对学困生的思维的独立性、逻辑性、和广阔性的培养，又要兼顾着对学优生的思维深度的提升。在运用动能定理处理多过程运动的问题中，较为困难的应该是往复运动中规律的总结及应用。教师可以在这里设计一定的问题，来启发学生的深层思考。

【例3】如图5所示，斜面倾角为θ，质量为m的滑块在距挡板P的距离为S0的A点由静止开始沿斜面下滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ。若滑块每次与挡板相碰，碰后以原速率返回，无动能损失，求：

图5

(1)滑块第三次与挡板碰撞后沿斜面上滑的最大距离；

(2)滑块在斜面上滑过的总路程。

例题3可以改成如下试题：如图6所示，粗糙程度相同的斜面AB、CD与光滑的水平面BC的夹角都为θ，现将质量为m的滑块从离B点S0的距离由静止开始沿斜面下滑，滑块与斜面的动摩擦因数为μ。忽略物体经过转角处能量的损失。很容易发现滑块每次经过在斜面AB、CD滑动的最大距离之间满足等比数列关系，和例题3相似。最后滑块会停在B点或C点。

图6

若斜面AB、CD是光滑的，水平面BC是粗糙的，物体与水平面的动摩擦因数为μ，水平面BC的长度为L。会发现每次滑块上升的最高点的下降高度是相同的Δh=μL，滑块每次在斜面AB、CD滑动的最大距离之间满足等差数列关系。最后停在水平面BC上的某点上，可以根据等差数列关系求解，也可以根据整体法动能定理求解。

3.结束语

高三一轮复习是学生知识体系建构的过程、学生能力形成的过程，所以不能把复习课上成知识的堆积课、试题的堆积课或新课的重复课。教师应该把培养学生的科学素养放到首位，以“低起点、快节奏、大容量、重思维、严落实”为标准，让不同层次的学生都有收获，让一轮复习的每一节课都容量满满而不臃肿，让一轮复习的每一节课都能引起学生深度思考。