當前高考物理力學計算題教學模式研究

楊武濤

【摘要】新高考背景下，物理學科備受關注，無論是考試的模式還是考題的變化都要求物理學科教學都必須做出調整，以適應學生的學習需求。力學計算題所謂物理高考中必考的知識點，同時力學計算也是物理學科的重要基礎知識和能力之一。為了能夠更好地展開高考物理力學計算題教學，就需要從基礎概念教學、計算能力提升、思維方法和能力培養等方面入手，優化高中物理教學模式。

【關鍵詞】高中物理;力學計算題;教學模式;優化策略

在高中物理學科當中，力學計算既是高考中的重要考查內容，同時也是學生學習物理知識，進行物理探究的基礎。強化對于學生物理力學計算的教學，對于提升學生的物理學科思維以及學科素養都有著重要意義。力學計算不僅需要學生對于物理概念知識有深刻的理解，對于物理思維方法有比較良好的運用，同時對于學生的數學計算能力也有著很高的要求。為了能夠提升教學效果，作為高中物理教師在教學力學計算題目的時候就必須結合高考形勢，創新教學模式，切實滿足學生的學習需求，鍛煉提升學生的解題能力。

一、新高考模式下高考物理力學計算題分析

在高中物理學科當中，力學方面主要涉及的內容就是牛頓力學（受力分析，運動學）和能量與動量（機械能守恒定律;動能定理;能量守恒定律;動量守恒定律;動量定理）。而且在電磁學方面也會涉及到力學計算的內容，例如電勢能、洛倫茲力、安培力等，從微觀的角度進行力學計算。總而言之，力學計算在高中物理學科教學當中有著非常重要的地位，是學生必須熟練掌握的基礎能力之一。

在新高考當中，考查方向不再單純以概念理解和知識掌握的角度進行，而多是從實踐運用的角度出發，綜合考查學生的知識能力、思維能力以及動手實踐能力。力學計算題除了比較典型的題型之外，也會從“動態變化”的角度進行考察，就是利用“受力系統”當中在外力變化時，或者內部運動過程中，產生的各種受力、做功、勢能等變化，引導學生利用自身的思維能力以及計算能力綜合進行分析和計算。因此教師在教學的時候就要多從這些方面入手，以適應新高考的出題模式。

二、當前高考物理力學計算題教學模式優化策略

（一）細化物理知識呈現過程，深化學生物理概念理解

物理學科的計算題目和數學學科的計算題目有很大的不同，數學更加偏向邏輯方面的推理，而物理則是基于現實情況分析的總結歸納，最后找到規律，并用數學的方法進行表達或者計算。力學計算題的這種特點更為突出，在實際解題過程中，計算的過程以及公式并不是最難的地方，反而是依據物理概念分析推導出各種物理條件、力學關系以及數學關系是解題的關鍵。這就要求學生對于物理概念有更加深刻的理解，能夠從復雜的力學系統當中，進行正確的受力分析，找到正確的計算路徑。為了實現這一教學目的，教師就要細化物理知識概念的教學過程，從最基礎的概念層面強化課堂教學。例如在教學力的合成和分解的時候，不僅要通過物理實驗讓學生真切直觀進行實驗，利用勾股定理計算對于力的方向和大小方面的合成分解有更加深刻的理解。也要從三角函數計算的角度進行數學方面的計算教學，以此強化學生對于力學模型的構建能力以及思維能力。實驗的過程不僅僅是學生學習知識和理解知識的過程，更是培養學生物理思維的過程。尤其是在概念方面的教學上，往往都需要一定的思維方法和邏輯推理能力，學生只是通過文本進行學習很難對物理概念和現象有更加直觀和深刻的認知，只有通過實驗教學，通過細化物理知識的展現過程，才能夠讓學生更加深入體會其中的邏輯思維，才能夠深入理解物理規律的發現、總結、驗證以及再歸納的整個過程。

（二）通過物理模型構建分析，提升學生的思維能力

在力學計算題目當中，學生的思維能力是非常重要的，尤其是在運用一些力的相互作用、摩擦力的計算以及系統中力學分析計算方面。教師可以通過經典的力學模型強化學生的思維能力，從思維方法教學的角度展開知識的教學。例如：

這是2021年高考物理真題，學生需要分析這個力學系統當中的各種作用力，就需要具備一定的整體和局部思維能力，能夠將圓球、物塊和墻壁從整體和局部的角度進行研究分析，從作用力和反作用力以及力的合成分解角度進行計算。對于問題（1）來說，首先要分析墻對A的摩擦力是靜摩擦力還是動摩擦力，通過整個力學系統的分析，可以計算A受到墻面的最大靜摩擦力，然后和自身的重力進行比較，以此判斷A所受摩擦力的類型，然后再進行下一步的計算。這個過程中，需要分析A對墻面的壓力，就需要從力學模型的角度分析整個系統當中的各種作用力。教師可以通過這些題目重點引導學生力學模型的構建與分析，以此培養學生的思維能力。

（三）利用物理計算專題訓練，提升學生的計算能力

計算能力也是學生解答力學計算題目當中非常基礎也是非常重要的能力。學生的計算能力不僅關系到解題過程中，尋找思路的過程，同時對于學生解題的速度以及準確率都有很大的影響。如上例當中，就需要學生利用三角函數的計算通過圓球的質量得出圓球對于A的壓力，進而得到A對于墻面的壓力。這個計算的過程中，不僅需要學生進行計算模型的構建，畫出合適的“三角”進行力學分解方面的計算，還需要學生熟練掌握三角函數的計算過程以及一些特殊角的三角函數值。在物理學科當中，數學計算占據很重要的位置，尤其是在力學計算題目當中，力的分解合成以及各種計算都需要數學計算模型輔助。如果學生對于數學計算知識基礎不夠，對于物理計算題來說也是很大的問題。在考試過程當中，計算能力也是提升學生物理成績的重要手段。在物理學科的高考當中，雖然數學計算過程往往不會太復雜，但是依然占據很大一塊內容，如果學生的計算能力提升，不僅有利于學生在讀題審題的過程中，利用數學手段快速找到解題的思路，在實際的解答過程中，也能夠更好更快地計算出正確的答案。而且在考試的時候，學生一般都會比較緊張，計算能力突出，也能夠讓學生快速進行解答和檢查，避免學生因為時間緊張計算倉促白白丟分。教師可以通過類似的專題訓練過程，強化對于學生的計算能力教學。

（四）強化物理守恒思維教學，提升學生的解題能力

在高中物理學科力學計算試題當中，守恒思維方法是非常重要的物理思維方法，在很多題目當中都有體現，尤其是在一些動量守恒、能量守恒等問題計算當中，更是核心的解題思路之一。從近些年高考物理試題的出題趨勢來看，力學計算題當中，系統的復雜性更為突出，計算過程和思維方法考查成為重點。守恒思想的運用不僅能夠幫助學生更好地理解這些復雜的力學模型系統，更是能夠幫助學生找到題目中隱藏的物理條件從而找到合適的解題思路。物理學科的試題和其他學科試題有一個很大的不同就是，非常重視思維方法的運用，同時也非常重視學生對于基礎知識的掌握。在很多物理試題當中，很多條件并不是直接給出的，而是學生通過掌握的物理規律結合題目中的條件自己進行推導出來的。這就要求學生不僅要有很靈活的知識遷移運用能力，同時也要求學生有一定的思維能力。守恒思維作為物理學科中非常重要的一個思維方法，在泛用性和出現頻率方面都是非常突出的。教師在教學力學計算題的時候，一定要著重強調這種思維方法的教學。例如：小剛站在靜止的小車之上，將靜止的木箱用力向右推，木箱被推之后做勻速直線運動，速度為v，現在已知地面光滑平整，小剛、小車以及木箱的質量都相同為m，經過一段時間之后，木箱被豎直墻壁彈了回來，并且在木箱和墻壁碰撞的整個過程中沒有機械能的損失，木箱被彈回之后被小剛接住。

請問：

（1）小剛推出木箱后，小剛和小車的速度v1;

（2）小剛在接住木箱之后，三者一起的速度v2.

這道題目是典型的動量守恒題目，如果學生從受力或者速度的角度進行計算，會非常復雜而且計算的過程也非常冗長，會涉及到很多學生并沒有接觸過的數學計算方法。尤其是在受力計算和速度計算的時候，很容易因為分析錯誤導致最后結果出錯。但是如果利用守恒的思想進行解答就會非常簡單。守恒思想當中并不在乎整個系統的運動過程，而重點在于最初的狀態和最終狀態的分析。在最初的狀態中小剛、小車和木箱作為一個力學系統都是靜止的，動量為0，在小剛推動箱子之后，到箱子撞擊豎直墻壁之前，系統并沒有收到外力的作用，所以雖然小剛和小車在一起，箱子被推走了，但是根據動量守恒定律，整個系統的動量是守恒的，總動量仍然為0。根據這一點就能夠反推系統內各個部分之間的數量關系，也就是如果取一個方向為正，小車和小剛的動量和箱子撞擊墻壁之間的動量之和為0.以此能夠順利計算出小剛的速度。

（五）強化整體和局部的思維教學，提升學生思維

在力學計算試題當中，整體和局部的分析也是重中之重，是學生必須要掌握的思維能力之一。尤其是比較復雜的力學系統當中，往往是通過受力分析、守恒定律等進行局部之間的受力和做功以及動量、動能變化的分析，并從整體的角度找到局部變化之間的數量關系。例如上題問題（2）當中則是系統受力和動量變化中動量守恒的變化。可以先將小剛和小車看做一個整體，在接住箱子的時候，相當于收到了一個外力，并且系統質量增加，但是根據動量守恒，分別計算小剛、小車以及木箱的動量，和三者成為一個系統之后的動量是相同的。這就需要學生能夠運用局部和整體分析的思路，正確看待小剛、小車以及木箱之間的動量關系，以及系統整體的變化情況，通過整體的變化，分析局部之間的變化關系。

結束語

新高考形式當力學計算知識內容是考查的一個重點，教師在教學的時候就要根據學生的學習需求以及高考出題的形式進行教學模式調整，抓住強化概念教學、模型構建能力、思維能力以及計算能力的教學重點，有效展開力學計算題的教學，提升學生的學科素養。

參考文獻：

[1]胡曉玲.高中物理力學綜合題解題思路和方法[J].求學，2021（39）：65-66.

[2]任漢元.淺析高中物理力學解題中整體法的運用[J].數理化解題研究，2021（19）：87-88.