特殊到一般，事實到猜想，實驗得驗證

官漢聰

摘 要：高中新課程改革實施以來，初高中物理銜接一直是中學物理教師關注的問題。2016年起福建省高考重新使用全國卷，試卷對物理學科能力的更高要求與學生初高中物理學習的差距，使得如何有效進行初高中物理銜接這一問題顯得更為突出。本文通過對《力的合成》一節的探究實驗設計，對初高中物理在教法和學法方面的銜接進行了一些探索。

關鍵詞：初高中物理銜接；特殊到一般；等效思想

引言

目前，初高中物理在“物理規律”教學方面的差別明顯：初中物理以“直觀形象化教學”為主，認識過程基本上是從感性到理性，物理規律多由觀察和實驗直接概括得出。整個初中學習的過程，對學生思維能力及物理學法的要求不高，有的學生甚至用機械記憶的方式代替對規律的理解。高中階段，有的物理規律要經過推理得出、有的需通過實驗探究歸納總結得到，而且處理問題要較多地運用推理和判斷，給學生的高中物理學習提出了新的要求和挑戰。本文將《力的合成》進行有別于教材的重新設計，讓學生在實驗與推理的過程中獲得矢量合成的平行四邊形定則，探索在物理思想方法方面的初高中教學有效銜接。

1 高一《力的合成》學前障礙分析

1.1 初高中教材“力的合成”學習要求的比較

初中：知道從等效的角度定義合力與分力；知道同一直線上兩個同向或反向力的合力大小和方向；能根據同一直線上的合力及其中一個分力，求出另一個分力的大小和方向。

高中：在初中學習基礎上，研究互成角度的力的合成問題，能通過實驗掌握力的平行四邊形定則，并知道它是矢量運算的普遍法則；會用作圖法求共點力的合力。

1.2 學生學情分析

學生在初中階段已經學習了同一直線的二力合成，升入高中后雖然對一些矢量（如位移、速度、加速度）有了一定的感性認識，但對矢量運算的理性認識僅停留在同一直線計算，因此在接受矢量運算時有一些困難。

高中教材（魯科版）在初中同一直線的二力合成基礎上，提出了互成角度的力的合成問題，接著直接給出平行四邊形定則，而后通過分組實驗加以驗證，最后用例題示范該定則的應用。教材的編寫側重讓學生知道平行四邊形定則并能加以應用解決問題，學生分組實驗只起到“驗證”的作用。教材就“平行四邊形定則”在課堂教學中如何有效生成未作設計。如果依據教材按部就班，勢必造成學生對這一知識理解的障礙，甚至機械記憶、不求甚解，影響后續有關矢量運算的學習。

2 銜接處理設計

2.1 設計思想

本節課摒棄以往以實驗驗證平行四邊形定則的傳統教學思路。通過設置簡單特殊情況下互成角度二力合成的探究活動，讓學生在一定的實驗事實的基礎上大膽猜想任意角度下二力合成遵循的法則，最后通過分組實驗驗證猜想。學生從中體驗從特殊到一般，以及“實驗事實 →猜想→驗證猜想”的科學探究過程。

2.2 銜接點及處理

課堂準備兩套相同的演示器材（如圖1），合力與分力的效果可以分別從圓盤上方彈簧秤的示數直接觀察比較。

2.2.1 用等效替代的思想理解合力與分力的關系

課的引入通過“曹沖稱象”、“串并聯電路中的電阻等效”兩個例子，讓學生體會等效替代思想在生活和學習中的應用。借助實驗器材的對比演示，從等效角度定義合力與分力的概念及其關系。同時可以發現，互成角度的兩個力的合力大小并非簡單的兩分力相加。

2.2.2 探究兩個互成直角的力的合力

用圖1的實驗器材，完成以下兩個實驗：

實驗1：兩條細繩末端分別掛上3N、4N的鉤碼，調節方向構建出兩個互相垂直的拉力。

實驗2：用一條細繩掛上鉤碼，使彈簧秤的示數與實驗1中相同，此時所掛鉤碼為5N，說明實驗1中兩個力的合力為5N。

學生動手：按實驗1中的圖分別做出兩分力及合力的圖示，并觀察討論。

由3N、4N、5N，容易引起學生對三者關系的猜想，如果嘗試用線連接三個力的端點，發現構成一個矩形，而且合力在對角線上。

2.2.3 探究兩個等大且互成120°的力的合力

用圖1的實驗器材，完成以下兩個實驗：

實驗1：兩條細繩末端均分別掛上4N的鉤碼，構建出兩個成120°的拉力。

實驗2：用一條細繩掛上鉤碼，使彈簧秤的示數與實驗1中相同，此時所掛鉤碼為4N，說明實驗1中兩個力的合力為4N。

學生動手：按實驗1中的圖分別做出兩分力及合力的圖示，并觀察討論。

教師啟發學生對三者關系的猜想，發現此時構成一個菱形，而且合力在對角線上。

2.2.4 對互成角度的兩個力的合力規律的猜想

可以發現：在誤差范圍內，上述兩個實驗中合力與分力之間構成特殊的平行四邊形，合力在兩分力所夾的對角線上。

啟發猜想：互成角度的兩個力的合成，分力與合力會構成一個平行四邊形，即遵循平行四邊形定則。

2.2.5 對猜想的驗證

通過學生分組實驗，引導學生驗證互成（一般）角度的兩個力的合成在誤差范圍內是否遵循平行四邊形定則，從而達到用實驗驗證猜想的目的。

3 銜接處理設計對教學目標生成的作用

本節課學生用“等效替代”的思想認識合力與分力的關系，通過兩個探究實驗，大膽提出自己的猜想，并進行嚴謹的驗證。從特殊到一般，由事實到猜想，實驗得驗證，完整經歷了力的合成的平行四邊形定則的生成過程，較好地落實了“過程與方法”這一三維目標。學生參與其中，鍛煉了動手能力和合作交流能力，有助于學生養成良好的思維習慣和科學態度。

結束語

普通高中《物理課程標準》指出：在高中階段，教師有必要對一些探究的物理問題創設一些情境，讓學生在觀察和體驗后有所發現、有所聯想、萌發出科學問題；或者創設一些任務，讓學生在完成任務中運用科學思維，自己提煉出應探究的科學問題 [1 ]。

高中物理對學生學習能力及方法的要求更高，需要教師在教學設計的過程中，關注初高中階段學習要求上的差異，科學合理地設計并實施課堂教學，使學生能順利完成初高中物理學習的銜接。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2011.