探究式課堂教學研究

摘 要：力的分解是高中物理力學的基礎部分，學生以往在找尋合力的效果上比較困難，而且課本刪除了關于力按實際作用效果分解的內容，面對現在教材中按照正交分解的思想，以認知心理學為指導，以生活中常見的實例斜拉行李箱、斜面上重力分解等為模型，結合學生已有的“二力平衡”為基礎，以“力的分解”為例提出操作性強且貼合學生實際的探究式課堂教學方案。

關鍵詞：力的分解；生活化實例；探究教學；認知心理學；

筆者聽了一節“力的分解”公開課，課后與其他專家和教師一起進行了細致的分析、討論和研究，在高中物理學習中力學部分力的分解是重點和難點之一，因為力的分解和力的合成一樣，仍是等效替代思想的具體應用。由于人教版教材修訂等問題，導致教師和學生在“一個已知力究竟應該怎樣分解，要根據實際情況確定”的問題上困惑不解。如果能在“力的分解”中正確掌握如何分解的問題，將對教學大有裨益。

一、人教版教材淡化按作用效果分解，體現按實際需要分解的轉變

我們對照人教版普通高中課程標準實驗教科書物理必修1（ 2010年3月第三版）教材指出“一個已知力究竟應該怎樣分解，要根據實際情況確定。”但是在第2版中，引入新課時是按照力的作用效果分解的，將拖拉機對耙的拉力分解為一個水平力和一個豎直力，在第3版中卻只字未提按照力的作用效果分解的說法。顯然分解的方法發生了明顯的變化，關于力按實際作用效果分解的內容現在已經不見了。同時書本例題也作出了巨大變化，以前的例題是將放在斜面上的物體所受的重力按力的作用效果分解的，而在第3版中是直接建立直角坐標系，沿兩個坐標軸把物體受到的重力分解。教科書中出現的這些變化，體現了力的分解方法在漸漸淡化按作用效果分解，體現按實際需要分解，即主要是正交分解的思想。新教參中所體現的教學思想與教師理解的傳統的教學思想已經明顯的不同，這樣的變化顯然更貼近學生的原有認知，提高學生學習的參與度，能激發學生的批判性思維，對教材可以更深入的思考，提高對新知識的推理和應用能力。

二、教學過程中出現的問題

在實際教學中，筆者發現教師在處理教材時雖然做出了相應的改變，但效果并不理想，利用2個教學片段與大家交流。

（1）放在水平面上物體所受斜向拉（或推）力F的分解

在教學中，這段沒有采用書本上的拖拉機對耙的拉力模型，因為對于城市學生來說，這可能是個完全陌生的例子，與學生的生活經驗是脫節的。

活動：在引入新課時用“斜拉行李箱”這個實例，可能更符合大多數學生的生活經驗，能激發學生的學習興趣，請學生課堂實際體驗力產生的作用效果是什么？通過貼近生活的實例，學生在探究“作用效果”過程中，掌握了斜向上力可以分解成水平和豎直的兩個分力。

（2）放在斜面上物體所受重力G的分解

例題.把一個物體放在傾角為 的斜面上。物體受到重力，大小為G，方向豎直向下，如圖1甲所示（物體還受到其他力的作用，圖中沒有畫出）。現在需要沿平行于斜面的方向和垂直于斜面的方向對物體的運動分別進行研究，為此建立直角坐標系如圖1乙。現在把重力G沿兩個坐標軸的方向分解為F1和F2，求兩個分力的大小。

教師沒有采用書上例題建立直角坐標系進行分解的辦法，而是在講臺上展示一個水平放置的鋼鋸條，然后在它的上面放置一個小物體，

讓學生觀察現象？然后教師將鋼鋸條傾斜放置，還是在它的上面放置一個小物體，繼續讓學生觀察現象？教師嘗試用實例探究的方法解決學生對力的分解的實際效果的探究，對鋼鋸條實驗的結果是學生體驗到了斜面上重力的作用效果，取得了初步探究的成果。

活動：教師想檢驗一下學生的學習效果，增加了一個擋板，如圖2所示，求夾在斜面和擋板間的圓柱體所受的重力G產生哪兩個作用效果？結果是大部分學生不能找到兩個分力的方向。

教師從內容銜接的角度，認為學生在原有力的合成知識的基礎上，更易掌握按照作用效果分解力的方法，但是這種的解題思路看上去簡單，到學生使用起來時卻顯得非常困難，必須要經過反復的實踐和練習，才能有較深體會。因為對于學生而言，剛學完力的分解，學生往往不能正確的按力的作用效果確定出兩個分力的方向，這是一個大難點，即使能正確確定兩個分力的方向，也不一定能畫出平行四邊形，更別說求兩個分力的大小了。

三、對教材變化引起問題的思考

從實際教學流程來看，筆者發現教師普遍還是采用原有的按照力的作用效果分解的方案在組織教學，一方面認為這樣能更好的體現知識點連貫性，能更好的幫助學生理解力為什么要這樣分解，從力的合成到力的分解始終從“力的實際作用效果”出發，合乎學生思維邏輯，另一方面可能沒有研究透教材的變化，還是按照以前的備課準備的內容在安排教學。雖然按照力的作用效果分解是正確的，但是力的作用效果相對比較抽象，學生掌握較難，按照這樣思路教學，會導致學生發現教師傳授的和書本分解方法不一致，會有一種茫然，不透徹的感覺，學生理解起來就更加的困難。

筆者思考，既然人教版教材做了這樣的改變，一定體現編者的意圖。其一是有利于提高學生參與度.課本引入實例分析，因為生活實例與生活密切相關，容易引起學生的共鳴，能在課堂激發學生的學習興趣，有利于提高學習參與度。其二是降低難度.就是借助學生已有力的合成的知識，降低接受新知識的難度，以“力的合成與分解”的直觀性來降低“矢量加減法”的學習起點。其三，有利于培養“探究性”的學習習慣.有效保證了生活中的物理知識和課本中知識的貫通，從而激發學生在生活中發現問題、提出問題，并主動尋求解決問題的方法，發展了學生自主學習的能力。其四，為今后的學習做準備.例題中“對物體的運動分別進行研究，為此建立直角坐標系”的提示，明確提出下階段將物體運動和受力分析結合，靈活處理這類問題解題策略。

（1）教材改變的思路

首先，教材的編排是從力的合成后提出力的分解，教材關于“合力”與“分力”是在等效替代的原則下進行的實驗探究的，得到了兩力的合成的法則是平行四邊形定則。在力的合成中，一個力的作用效果與兩個或者更多力的作用效果相同。因此在力的分解中“因為分力的合力就是原來被分解的那個力，所以力的分解是力的合成的逆運算，同樣遵守平行四邊形定則。”從中可以看出按照力的作用效果進行分解仍是學生必備的“工具”。

其次，從教材先安排的拖拉機對耙的拉力模型來看，還是希望能銜接力的合成，來讓學生先體會按照力的作用效果分解的思路，并不希望學生只需正交分解一種方法，同時馬上指出“同一個力F可以分解為無數對大小、方向不同的分力”，就是告訴學生“力的分解”是解決實際問題的工具，應該在探究的過程中讓學生體會力的分解的實用性，而不是只記得力的分解就是將力分解到某某方向。

（2）重視學生已有的知識構成

從知識掌握的層面來看，高一學生只學習了重力、彈力、摩擦力這3種性質力，還不具備研究物體運動時要進行受力分析的意識，教師強行灌輸也達不到理想的效果，教師可以按照書本教材的安排，首先安排大量生活化的實例，讓學生探究力的具體效果，初步掌握力的分解的方法，之后逐漸學習“力的正交分解”，這樣更符合編者的改編意圖，做到能根據實際問題靈活進行分解。

（3）教師處理教材要有序

教師要合理安排教學目標，教師不必急于求成，不必在一堂課上囫圇吞棗，同時強加給學生兩種分解方式，反而適得其反，一樣也沒有理解透徹，不妨做好銜接，順應教材的變化，做好按照力的作用效果基礎上漸漸過度到正交分解。與其兩樣兼顧不暇，不如先做好一樣，更不要將兩種方法完全對立，在教學上只取其一進行教學，教學目標要明確，按部就班一步一步達成目標。

四、教學相關的一些建議

針對教材中出現的變化，教師要能弄清教學內容變化，做到有的放矢，才能事半功倍。希望在處理“力的分解”時注意以下幾點。

第一，教師做好教材處理，體現知識點銜接.為了讓學生先體會按照力的作用效果分解的方法，要讓學生對抽象的概念有更加感性的認識，可以通過有效、合適、及時的生活實例來說明和解釋，除前面的實例外，還可以進一步舉例，比如吊重物的塔吊，將陷在泥坑里的汽車拉出來等等實際問題，將這一堂課變為實驗探究課，讓學生參與到探究力的作用效果的活動中來。教師在物理教學中應用生活化實例教學可以更好的讓學生掌握概念，因為生活實例與生活密切相關，容易引起學生的共鳴，激發學生的興趣。

第二，循序漸進推進“正交分解”.面對實際問題，我們不必糾結于要按照力的作用效果來分解的方法，不如換個思路，對于不在同一條直線上三個共點力的平衡問題，可以根據初中學過的二力平衡原理，如果把重力分解為垂直斜面與平行斜面方向的兩個分力，兩個方向上都用二力平衡原理對力進行分解，更容易讓學生找到分力的方向。

而且面對如圖4所示的擋板問題，就可以根據二力平衡原理，把重力分解為與FN1和FN2反方向的兩個分力，每一個方向上都滿足二力平衡原理，只要按照FN1和FN2所在的反方向分解，就能找到分解重力的分力方向，以上問題就迎刃而解了。

如果面對三個以上共點力平衡問題，則統一采用正交分解的方法進行處理，可以大大降低學生分解力的難度。

第三，符合學生的認知心理.從認知心理學角度看，明確了人腦中已有的知識和知識結構對當前認識活動的決定作用，為物理探究實驗課堂提供策略。在“力的分解”這節課的教學中，通過大量的實例分析，以實驗教學為基礎，對力的作用效果從特殊到一般進行了分析和綜合，讓學生對力的分解這一開放性的多解問題從感性認識逐步上升到理性認識，完成了認識上的一次飛躍。在教學的環節中，教師為學生搭建了獨立思考、相互交流的平臺，體現把實際問題抽象成物理問題，又通過建立物理模型，最后回歸實際問題中去的物理學科獨有的教學策略，對學生思維能力的培養大有益處。

綜上所述，在專家理論指導下，通過自己對“力的分解”這節課的研究，使筆者意識到，作為探究課堂的實施者，教師要不斷學習和研究教材的變化和發展，只有教師領會了教材編寫的意圖，才能高效的實施教學。

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