基于初高中贯通的高中“重力与弹力”的教学探讨

陆光华

（南京师范大学苏州实验学校，江苏 苏州 215133）

笔者近期参加了由初中、高中物理教师共同参与的贯通研讨活动，开设了人教版（2019年版，以下简称“新版”）必修第1 册第3 章第1节“重力与弹力”一课.这既是一次破除学段壁垒的探讨，也是一次高中教师使用新版教材的交流，因此与会教师的积极性都很高.从活动前教研组积极磨课，再到跨学段的评课，笔者收获颇多.

1 学情与教材分析

1.1 高中两个版本教材对比，确定课时安排

新课标提出，“认识重力、弹力，通过实验了解胡克定律，”并把“探究弹簧弹力与形变量的关系”作为高中物理必做的学生实验.基于课标的要求，新版教材相比于2010 年人教版教材（以下简称“原版”）有了不小的变化，两个版本教材教学内容变化，如表1所示.［1，2］

表1 人教版两个版本教材对比

新版教材最大的变化就在于设置“实验”栏目，全面陈述了探究胡克定律的实验过程，并让学生自主获得实验数据，制作弹簧弹力和伸长量关系的F-x 图像，发现并概括弹簧弹力与伸长量的定量关系，形成胡克定律的结论.通过实验探究胡克定律是初中教学中没有的内容，在高中教学中应给予足够重视.［3］此外教材删除了力的基本概念、4种基本相互作用，并将“力的图示”内容放在重力部分呈现.总的来讲教学内容明显增加，然而教师用书建议课时安排却由原先的3课时减少为2课时，从实际教学情况来看，这显然是不够的.如图1所示，笔者认为安排3个课时较为妥当，第1课时重点解决力的图示、重心、弹力等问题，这也是本次公开课的内容；第2 课时完成学生分组实验；第3课时主要是解决弹力的有无以及弹力部分的习题.

图1 “重力与弹力”教学内容与课时安排

1.2 了解初中物理教学情况，明晰教学方法

这部分知识难度不大且学生初中已有所涉及，在高中教学中不能简单地再复述一遍，否则学生听得乏味，不仅起不到很好的教学效果，还占用了课堂教学时间.也不可凭借个人主观臆断对一些学生并未掌握的知识蜻蜓点水一带而过，甚至避而不谈.为此，笔者走访部分初中物理教师并结合初中教材与教师用书，把初中教学内容整理如表2所示.［4］

表2 初中相关教学内容

高一新生，来自于各个不同的学校、不同的班级，不同的教师授课的方式方法、教学深度、侧重点会有所不同，学生掌握也参差不齐.我们怎样才能准确把握学情以学定教呢？鉴于以上考虑，教研组商定依托导学案教学以提高课堂效率.把力的概念、力的表示、重力、弹力等相关初中知识以填空、作图等形式在导学案上呈现.这样既便于引发学生对相关知识的回忆，又有利于教师了解学生初中相关知识的掌握情况.

2 教学重点、难点、易错点突破的实践

知识点1：重心的概念.

提问，如何画出如图2 所示的一串葡萄所受重力的示意图.提示学生回忆初中如何画出一本书所受的重力的，引导他们一本书有很多张纸，每一张都受到重力，我们把重心画在中间就是一种等效替代的思想.同理，如果在每一个葡萄上都画上重力，这样既凌乱又没有什么意义，从而把葡萄的作用点等效画在中间某一颗葡萄上，启发学生重力作用点在某一个葡萄上并不代表其他葡萄不受重力，认识到重心是重力的等效作用点，是一种等效替代的思想.

图2 一串葡萄

如图3所示，同样是这串葡萄，改变其形状，学生不难得出葡萄重心降低了，重心与物体质量分布有关.

图3 改变形状后的葡萄

分组实验，用悬挂法确定铁丝围成三角形以及薄纸板的重心.通过两个实验，由学生在实践中体会应用二力平衡确定重心的位置，同时使他们明白重心既可以在物体上，也可能在物体之外.

知识点2：力的图示.

由重心知识教学，引入画出葡萄的重力示意图与力的图示.从学生完成的导学案来看，笔者发现学生错误较多.力的图示和力的示意图是高中学生应当熟练掌握的基本技能，是今后受力分析、用作图法求合力等教学内容必不可少的工具，可以说是贯穿于全部力学的要求.教学中应当强调力的图示的作图步骤，课堂教学中要让学生现场画图，对出现的典型错误利用投影展示，并请全体学生找出问题.关于力的图示与力的示意图学生容易发生混淆，所以最后有必要对两者进行对比，请学生归纳两者的异同.

知识点3：弹力的概念.

演示：弹簧被小车压缩，松手后，小车被弹出；橡皮筋被小车拉长，松手后，小车被拉动.由学生分析得出：弹簧发生弹性形变，弹簧要恢复原状，对小车有力的作用；橡皮筋被小车拉伸，橡皮筋发生弹性形变，橡皮筋要恢复原状，对小车有力的作用.教师通过复述，突出“被”“要”，并借用“哪里有压迫，哪里就有反抗”，让学生体会到弹力是一个被动力、接触力.分析过程中注意提问学生：研究对象是谁？谁发生形变？谁受力？如果换用橡皮泥、弯曲的铜导线是否可以？至此弹力的概念就水到渠成，并由此引出弹力方向的问题.

知识点4：弹力方向的判断.

在知识点3的演示实验中，提问学生弹簧、橡皮筋的弹力方向，并提醒他们关注物体的形变方向与由此产生的弹力方向之间的联系，进而提出结合形变研究常见的压力、支持力、绳的拉力的方向.

如图4所示，研究放在桌面上的书所受桌面的支持力以及书对桌面的压力的方向，可以用如图5所示海绵代替演示桌面的形变，用装满水的气球代替书，间接显示书的形变，同时让学生完成表3.

图4 桌面上的书

图5 海绵上的充水气球

表3 研究压力、支持力

如图6 所示，研究电灯与电线所受弹力的方向时，可以用图7 所示连有橡皮绳的充满水的气球演示，同时让学生完成表4.

图6 悬挂的电灯

图7 悬挂的充水气球

表4 研究拉力

通过实验演示，学生总结得出：弹力方向与物体恢复形变方向相同；压力、支持力的方向与接触面相垂直，绳子拉力沿着绳.可是学生往往不知道弹力方向应该指向受力物体还是施力物体，因而有必要给一些常见的压力、支持力、拉力的事例，让他们动手画出力的示意图，对于出现的典型问题让学生一起找出错误.最后讨论、总结出：支持力（压力）总是垂直于接触面指向被支持（被压）物体，绳的拉力沿着绳指向绳收缩的方向.

3 反思：力的图示与力的示意图，为什么很多学生出错？

同样是“力的图示与力的示意图”，前几届学生很少出错，可是这一届学生在导学案中的错误很多，主要有：认为力的示意图可以精确表示力的大小；画力的图示时不给出标度，没有严格按照比例画出力的大小.

在公开课后的交流研讨中笔者了解到，苏科版8年级下册（2009年12月第2版）第8章章末“信息库”一栏，介绍了“力的图示”，力的图示和力的示意图两个知识点之前多数初中教师都讲过.不过他们也提出，同时讲授力的图示和力的示意图，学生很容易混淆，增加了初中学生学习的负担.把力的图示放在高中力学部分介绍更为合适，因为这个阶段要使用力的图示解决力的合成与分解等问题，在使用过程中他们自然而然就能熟练掌握.这或许是初中教学达成的共识，有意思的是笔者注意到，苏科版8年级下册（2012年11月第3版）教材已经完全删除了“力的图示”的内容，初中也就不讲了.

但笔者仍然困惑于，为何新版教材第56 页上分明写着“在不需要准确标度力的大小时，通常只需画出力的作用点和方向，即只 需 画 出 力 的 示 意 图，”［2］很多学生却视而不见，仍然认为力的示意图可以准确表示力的大小呢？除了阅读教材不认真以外，还有没有别的原因？笔者发现，苏科版8年级下册教材第50 页有如图8 所示的一幅图，并配有这样一段文字：“一个球体所受的重力为10 N，可用一个竖直向下的带箭头的线段表示，图中的箭头表示重力的方向；在箭头旁标注的‘G=10 N’表示重力的大小；箭头线段的起点画在球心处，表示重力的作用点，即物体的重心.”［5］

图8 初中教材中重力示意图

教材把G=10 N 标注在图上，这很容易导致学生误以为，力的示意图可以准确表示力大小.雪上加霜的是这批学生在初中时基本不讲力的图示.初中教学时，如果教师未能对这个问题引起重视，未能强调力的示意图只能粗略表示力的大小，那么学生高中学习阶段大面积出错也就不足为奇了.

由此看来，笔者原先备课时对初中教材、教学的分析研究还远远不够，在涉及初高中衔接部分知识教学时，高中教师还必须密切关注初中教材的变化，否则有的放矢、有效衔接必将是一句空话.