從物理習題的微課設計看物理方法的培養

摘要：目前物理課堂存在機械模仿訓練多、學生認知負荷重的現象，微課設計不是簡單地把整節課的知識點進行拆分，進行“分段教學”，而是應該回歸物理教學的本質，讓學生正確理解好物理概念，并養成循證思維的習慣。

關鍵詞：物理概念；科學方法；微課設計

一、 為什么學生在機械效率的計算中屢屢失手

（一） 常見的“歸類訓練”模式

常見的“機械效率計算”習題課，通常是把問題歸為下表中的三種情況：

1. 利用滑輪組提升重物的情況：

2. 利用滑輪組水平拉動重物的情況：

3. 利用斜面拉動重物的情況：

隨后學生進行分類訓練，分別對照類型，代入相應的公式。整個過程中，學生需要記熟3套計算公式，而這3套公式往往是教師進行快速地示范推演得出的。

（二） 學生典型錯誤評析

1. 物體勻速前進，F=f嗎？

案例：如圖所示，有一斜面長為L，高為h，現用力F沿斜面把物重為G的物體從底端勻速拉到頂端。已知物體受到斜面的摩擦力為f，則下列關于斜面機械效率η的表達式正確的是（）

學情描述：許多學生認為表達式如A。錯誤的由來是機械套用第3套公式，而把水平勻速拉動的受力情況，與斜面上物體勻速拉動的受力情況混淆在一起。

2. 同樣的滑輪組，改變繞法，機械效率會變化嗎？

案例：用滑輪組提升同一重物G，滑輪組的裝置是一樣的，繩子繞法如圖甲和圖乙，哪種情況機械效率高一些？

學情描述：相當數量的學生認為兩者機械效率不同，認為甲高的認為因為繩子的股數n比較小，根據公式：η=W有用W總=GnF，故而效率高些；認為乙效率高的學生則是考慮到用乙拉更省力，所以乙的效率較高。

從以上案例可以看出，學生概念不清，物理方法的缺失，是導致在機械效率的變式題中屢屢失手的主要原因。

二、 機械效率計算的微課設計

（一）習題要為厘清“有用功”“額外功”等概念服務

例1：如圖所示，用滑輪組打撈水中的物體G，已知物重為1000 N，物體的密度是4×103 kg/m3，加在繩子自由端的拉力是270 N，求該滑輪組的機械效率。

在例1中，課堂討論的重點可以落在“什么是有用功”的討論上。把有用功是指“為完成任務，不利用機械，人手直接所做的功”——這是理解所有情形下“有用功”的核心，在這道題中教師再引導學生理解此處就是“把物體從水里打撈起來的過程，如果直接用手提升需要做多少功”，這樣可以幫助學生更好地建立“有用功”這一概念。

（二） 習題要培養學生物理量求解的“全景意識”

例2：利用一個傾角是30°的斜面勻速拉動重物，已知物重100 N，物體與斜面的摩擦力是25 N，求斜面的機械效率。

在例2中，教師可以引導學生從不同角度認識機械效率：η=W有用W總可以計算機械效率，同樣η=W有用W有用+W額外也是計算機械效率的另一個角度，至于使用哪個公式，則應根據已知條件來進行選擇。這樣的意識在求解電學問題中也非常有用，如計算電阻R，可以用R=UI，也可以用R=U2P或R=PI2，有“全景意識”，就不會被問題困住。

（三） 習題設計要培養學生用物理表達式討論問題的習慣

例3：用如圖所示的滑輪組提升同一重物G，已知每個滑輪重為G′，若不計繩子與滑輪的摩擦力，則：甲乙兩種情況哪個機械效率較高？（需用演算說明）

在例3中，用字母代替具體的物理量的值，也就是引導學生利用代數式η=W有用W有用+W額外=GhGh+G0h=GG+G0表示機械效率，并加以討論的解題習慣，初中物理教學要對學生的抽象思維進行訓練，不能僅止步于具體的數據計算上。在此題中，甲、乙機械效率一樣高。

綜上所述，筆者認為，解決機械效率計算的關鍵是：（1）要通過習題弄清“有用功”“總功”“額外功”的概念，而這一概念應具有“普適性”。（2）要從η=W有用W有用+W額外和η=W有用W總兩個角度去探討效率問題，知道哪些已知條件只有“有用部分”，哪些涵蓋“額外部分”，哪些指的就是“額外的部分”，要在不同的情境中讓學生辨認清楚。（3）建立把“勻速運動”和平衡力之間的正確關系。習題設計做到以上3點，就能突破此處的難點。

作者簡介：

鄧穎，廣東省深圳市，深圳市福田區外國語學校。