從二力平衡到多力平衡的銜接教學

秦華

在學生原有知識鋪墊的基礎上，逐漸展開深層次的相關教學，這是學科教材編寫的宗旨，也是學科教學必須遵循的規(guī)律。這不僅體現(xiàn)了知識結構體系本身的完整性，同時符合學生認知規(guī)律上邏輯聯(lián)系的層次遞進。因此教學上積極研究相關知識的銜接，完成由此及彼的知識遷移，對教學實踐具有重要的指導意義。下面我結合教學實踐，就二力平衡到多力平衡的銜接教學作一些初步的探討。

一、理清相關概念

“力的平衡”是以共點力作用下“物體的平衡”為載體，闡明物體在共點力作用下的平衡條件：F合=0。初中教材只涉及二力平衡問題，教材編排上通過列舉實例幫助學生理解“平衡力是大小相等、方向相反的兩個力”，區(qū)別“平衡力”和“相互作用力”，知道“物體在平衡力的作用下保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)”。基于初中學生邏輯抽象思維尚處劣勢的特點，此時的教學更多地側重“平衡力”的感性認識。實踐表明，大多數(shù)初中學生在“物體的平衡”、“力的平衡”、“二力平衡”、“平衡力”的認識上，仍是一些模糊的概念。因此，高中物理教學，首先要幫助學生弄清概念。

物體的平衡（包括靜平衡和動平衡）是對物體的狀態(tài)說的，力的平衡是對力的作用效果說的。物體在共點力作用下的平衡，指物體靜止（靜平衡）或勻速直線運動（動平衡）。物體在幾個力作用下合力等于零，這種情況叫力的平衡。很顯然，二力平衡（多力平衡）是指作用在處于平衡狀態(tài)的物體上的二力（多力）彼此平衡。于是，“二力平衡”和“多力平衡”以“物體的平衡”為載體完成了概念的銜接。

二、由簡到繁的邏輯推理教學

1、夯實基礎。力的合成、分解的平行四邊形定則，以及牛頓運動定律，是推導共點力平衡條件，并把簡單的二力平衡與較復雜的多力平衡進行知識連接的預備知識。對于知識預備環(huán)節(jié)的教學內容因力爭做到當堂鞏固，分章、分節(jié)步步為營，章章節(jié)節(jié)過關，為“物體的平衡”一章的學習打好堅實的基礎。因此，教學上的“循序漸進”顯得尤為重要。

2、以原有知識（二力平衡）出發(fā)的教學原則。共點力平衡條件的教學推導可有兩種途徑：

途徑一（直接理論推導）：從平衡狀態(tài)的：a=0

又由牛頓第二定律得：F合=ma=0

結論：平衡狀態(tài)的條件為：F合=0

途徑二（引導推理）：舉例二力平衡實例，如絲線懸掛一小球靜止。引導學生：①分析小球受力（小球受到懸線的拉力F和重力G）；②思考：物體受兩個力平衡時，這兩個力是什么關系？是否學過？（二力平衡F=G）；③規(guī)定正方向后計算合力F合=F-G=0 （或F合=G-F=0）；④提問：物體在互成角度的多個共點力作用下平衡是否也滿足F合=0？ ⑤最后，引導完成上述途徑一的理論推導。

途徑二，由學生熟知的二力平衡出發(fā)，由此及彼地啟發(fā)并引導，有利于培養(yǎng)學生的邏輯思辯能力，并很好地處理了由具體到一般的邏輯推理，符合高一學生易于接受由形象到抽象的認知特點。同時，步驟④為下面的實驗驗證埋下了伏筆。因而，較途徑一優(yōu)越。

3、由二力平衡到三力平衡的實驗驗證。用彈簧秤先測演示物體的重量G，再用兩個彈簧秤向上成一角度提起演示物體，使其保持靜止狀態(tài)，讀出彈簧秤的示數(shù)，板畫物體的受力圖示，根據(jù)力的平行四邊形定則，求出合力。讓學生動手參與并計算后得到實驗結果：在誤差允許范圍內，合力為零。至此，由實驗驗證了三力平衡條件F合=0。

本實驗以學生分組實驗的形式開展，在動手的過程中，引導學生去思考：本驗證實驗的原理是什么？三力平衡與二力平衡有何聯(lián)系？

引導學生結合受力圖示分析去發(fā)現(xiàn)：物體受F1、F2、F3作用處于平衡狀態(tài)，可以用平行四邊形定則求得F1與F2的合力F12 ，這樣物體相當于受F12和F3兩個力的作用，由于物體處于平衡狀態(tài)，根據(jù)二力平衡條件即可得出F12和F3大小相等，方向相反，而且在同一直線上。很自然地，把三力平衡歸結為二力平衡驗證了三力平衡條件亦為F合=0。于是得到三力平衡條件的重要推論：三個共點力平衡時，其中任意兩個力的合力必與第三個力大小相等，方向相反，而且在同一直線上。

4、順勢力推，溫故知新。借助實驗并在力的合成基礎上，引領學生找到了二力平衡與三力平衡的連結點，順勢將其推廣到多力平衡。

復習引申三個以上的共點力的合成：先求出任意兩個力的合力，再求出此合力跟第三個力的總合成，依次類推，直到求完為止。據(jù)此啟發(fā)學生把n力平衡與三力平衡類比討論后得到：n力共同作用下物體處于平衡狀態(tài)，則此n個力必共點、共面，F(xiàn)合=0。其中任意（n-1）個力的合力必與第n個力等值反向，作用在同一直線上。

三、從二力平衡的角度去透析正交分解法，是二力平衡與多力平衡相銜接的又一著手點

學以致用是我們教學的目的，而要用，就必須首先對知識點有清晰明了的認識，才能在應用中加以進一步的理解、深化。教材分別安排了三力平衡和多力平衡的典型例題，通過例題的分析和求解，使學生明確：對于比較容易的靜力學問題（三力平衡問題，其中兩力往往互成直角），用直角三角形的方法求解；對于比較復雜的問題（多力平衡問題），可用正交分解的方法求解。

F1分解為x軸上的F1′和y軸上的F1″，即F1′和F1″等效代替了F1，這樣x軸上F1′和F2二力平衡，y軸上的F1″和F二力平衡，也就是坐標軸正向和負向的合力彼此平衡。顯然，多力平衡通過正交分解法又歸結到了二力平衡上來。從學生熟悉的二力平衡的角度去透析正交分解，比直接將此法生硬地灌輸給學生要有效得多。

總之，用來解決多力平衡問題的正交分解法，從二力平衡的角度對之加以透析，讓此知識點有了更清晰而深入的詮釋，也使其更深入人心。

四、結語

高一學生普遍感到高一物理難學，難度就在于初、高中知識銜接中出現(xiàn)的“臺階”。如何搞好初、高中物理教學的銜接，降低初、高中物理的學習臺階；如何使學生盡快適應高中物理教學特點和學習特點，渡過學習物理的難關，已成為高一物理教師的首要任務。以上是筆者以“二力平衡到多力平衡的銜接教學”為例，闡述在高一物理教學中做好初、高中物理教學銜接的一些具體做法，現(xiàn)將其總結如下：

1、把握新舊知識的同化。同化是把新學習的物理概念和物理規(guī)律整合到原有認知結構的模式之中，認知結構得到豐富和擴展。高中教師應了解學生在初中已經(jīng)掌握了哪些知識，并認真分析學生已有的知識。把高中教材研究的問題與初中教材研究的問題在文字表述、研究方法、思維特點等方面進行對比，明確新舊知識之間的聯(lián)系與差異。選擇恰當?shù)慕虒W方法，使學生順利地利用舊知識來同化新知識。

2、加強直觀性教學、提高物理學習興趣。高中物理在研究復雜的物理現(xiàn)象時，為了使問題簡單化，經(jīng)常只考慮其主要因素，而忽略次要因素，建立物理現(xiàn)象的模型，使物理概念抽象化（如上例中，把研究對象抽象為質點的理想化模型，討論共點力作用下物體的平衡）。初中學生進入高中學習，往往感到模型抽象，不可以想象。針對這種情況，應盡量采用直觀形象的教學方法，多做一些實驗（蘇霍姆林斯基曾經(jīng)指出：“有許多聰明的，天賦很好的學生，只有當他的手和手指尖接觸到創(chuàng)造性勞動的時候，他們對知識的興趣才能覺醒起來”。因此，上例設計了學生分組的驗證實驗），多舉一些實例（包括二力、三力、多力的實例），使學生能夠通過具體的物理現(xiàn)象來建立物理概念，掌握物理規(guī)律，設法使他們嘗到“成功的喜悅”。通過實物演示的直觀教學使抽象的物理概念與生活實例聯(lián)系起來，變抽象為形象，變枯燥為生動，提高了學生的物理學習興趣，使學生更好更快的適應高中物理的教學特點。

3、采用啟發(fā)式教學方式，提高學生思維能力水平。亞里斯多德說過：“思維開始于疑問與驚奇，問題啟動于思維”。改進課堂教學，每一節(jié)課都設法創(chuàng)造思維情境，組織學生的思維活動，培養(yǎng)學生的物理抽象能力、概括能力、判斷能力和綜合分析能力。在物理概念和規(guī)律教學中，按照物理學中概念和規(guī)律建立的思維過程，引導學生運用分析、比較、抽象、概括、類比、等效等思維方法，對感性材料進行思維加工，抓住主要因素和本質聯(lián)系，忽略次要因素和非本質聯(lián)系，抽象概括出事物的物理本質屬性和基本規(guī)律，建立科學的物理概念和物理規(guī)律，著重培養(yǎng)、提高學生抽象概括、實驗歸納、理論分析等思維能力水平。這在上例的平衡條件的推導步驟、學生的動手實驗以及教師的設問引導上均有所體現(xiàn)。

五、結語

高中的學習方法、學習習慣、學習心理以及物理這一學科對學生的思維能力、抽象能力、運用數(shù)學的解題能力都比初中有更高的要求，這似乎已成為高中教師的普遍共識。“臺階”固然存在，學生能否在盡量短的時間適應高中的學習，順利地跨過這個學習臺階，是影響學生提高學習成績的主要因素。搞好初、高中物理教學銜接，降低初、高中物理的學習臺階，是一個需要多方合作、統(tǒng)籌安排的系統(tǒng)工程。要從高中物理教學方面想辦法，同時也要從初中物理教學方面想辦法；要從教材，從學生方面想辦法，也要從教法、教師方面想辦法。讓高一學生輕松學物理，是我們教學的最終目的！