讓生活情景融入“力的分解”教學(xué)

翟順云 陸妍

(江陰市祝塘中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214415)

高中物理“力的分解”，是力學(xué)教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)靜力學(xué)的難點(diǎn)之一，也是學(xué)生學(xué)好運(yùn)動(dòng)學(xué)的重要基礎(chǔ)．跟力的合成一樣，“力的分解”也遵循平行四邊形定則．如果沒(méi)有條件限制，把一個(gè)力分解為二個(gè)力有無(wú)數(shù)種方法，但在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，通常按力的作用效果來(lái)進(jìn)行分解．

在進(jìn)行“力的分解”課堂教學(xué)時(shí)，可以隨機(jī)選取學(xué)生司空見(jiàn)慣的生活情境，以學(xué)生的身體、生活體驗(yàn)為抓手，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象、概括，有效建模，這樣，學(xué)生在快樂(lè)體驗(yàn)中就會(huì)順利實(shí)現(xiàn)知識(shí)的正遷移．

1 拉著書(shū)包去上學(xué)

如圖1(a)，是幾個(gè)學(xué)生拉著拉桿箱式的書(shū)包上學(xué)的情景．圖中學(xué)生對(duì)書(shū)包的拉力方向是斜向上的，這本質(zhì)上是一個(gè)典型的物理模型[圖1(b)]．那么這個(gè)拉力有怎樣的作用效果呢？可以怎樣分解呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了兩個(gè)學(xué)生體驗(yàn)：

(1)身體體驗(yàn)

兩個(gè)同學(xué)一組，一個(gè)同學(xué)用力拉著另一個(gè)同學(xué)的手臂向斜上方拉，另一個(gè)同學(xué)體驗(yàn)拉力的效果；兩位同學(xué)交換再體驗(yàn)一次．交流時(shí)，許多學(xué)生說(shuō),被拉時(shí)似乎有一種飛起來(lái)的感覺(jué)．通過(guò)這一體驗(yàn)，學(xué)生很容易就明白了拉力的兩個(gè)效果：一方面向前，另一方面向上，從而初步得到了拉力分解的方案.

(2)生活體驗(yàn)

將一個(gè)系了一根繩子的重物放在臺(tái)秤上，請(qǐng)一個(gè)同學(xué)斜向上拉繩子，使重物向前運(yùn)動(dòng)，其他學(xué)生觀察臺(tái)秤的示數(shù)，發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤的示數(shù)減小了！這也就驗(yàn)證了第(1)個(gè)問(wèn)題的學(xué)生身體體驗(yàn)．

教師稍加點(diǎn)撥，學(xué)生很快便順利完成了這個(gè)拉力的分解[圖1(c)]．

圖1

2 游樂(lè)園里玩滑梯

如圖2(a)，這是一個(gè)勾起學(xué)生童年記憶的生活情境，小朋友在公園里快樂(lè)地滑滑梯．引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課堂討論，明晰3個(gè)問(wèn)題：

(1)這一情境相當(dāng)于什么物理模型？(物體在斜面上下滑)

(2)物體為什么會(huì)下滑呢？[不是由于下滑力，而是由于重力，如圖2(b)]

(3)重力的作用效果是什么？這種情境下如何分解重力？

圖2

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以設(shè)計(jì)以下兩個(gè)學(xué)生體驗(yàn)：

(1)身體體驗(yàn)

如圖2(c)所示，用手斜托著一本書(shū)(角度適當(dāng)大一些)，然后把另一本書(shū)放到其上，體驗(yàn)手的感覺(jué)，觀察書(shū)的運(yùn)動(dòng)．學(xué)生會(huì)感到手受到的壓力增大了，并且上面的書(shū)會(huì)向下滑．

(2)生活體驗(yàn)

將臺(tái)秤固定在一個(gè)斜面上，臺(tái)秤上放一輛小車，用一個(gè)平行于斜面的彈簧測(cè)力計(jì)拉著，逐漸增加小車的重量，會(huì)發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤和彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)明顯增加．學(xué)生很快理解了重力的兩個(gè)效果：對(duì)斜面壓的作用和使物體下滑的作用．

教師適時(shí)點(diǎn)撥，學(xué)生便順利解決了此情境下重力分解的問(wèn)題[圖2(d)]．

處理好如圖2(a)的生活情境后，再向?qū)W生提出另一個(gè)物理模型，如圖3(a)，設(shè)計(jì)如圖3(b)所示的生活體驗(yàn)：用兩個(gè)鉸鏈和兩塊木板組成一個(gè)傾角合適的斜面，在內(nèi)側(cè)貼上兩層比較薄、軟的海綿，在中間放一個(gè)打足氣的籃球，學(xué)生清晰地看到由于籃球的重力而對(duì)兩板內(nèi)側(cè)產(chǎn)生了壓力的作用，據(jù)此，學(xué)生便正確完成了這一模型下重力的分解[圖3(c)]，通過(guò)這一情境的變換，使學(xué)生領(lǐng)悟到斜面上物體(靜止或運(yùn)動(dòng))重力分解的多樣性．

圖3

3 建筑工地塔吊忙

建筑工地上離不開(kāi)高高的塔吊，如圖4(a)．塔吊吊重物可以簡(jiǎn)化為如圖4(b)所示的物理模型，在這個(gè)模型中，重物對(duì)支架頂點(diǎn)有一個(gè)拉力，那么這個(gè)拉力的作用效果如何？怎樣來(lái)分解呢？為解決這個(gè)問(wèn)題，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如下體驗(yàn)：

(1)身體體驗(yàn)

兩個(gè)同學(xué)一組，一個(gè)同學(xué)一手插腰，另一個(gè)同學(xué)抓住這個(gè)同學(xué)的手肘向下拉，由同學(xué)體會(huì)前臂及上臂的感覺(jué)． 學(xué)生能很明顯地感受到前臂受到向下的壓力，而上臂受到向下的拉力．

(2)生活體驗(yàn)

自制塔吊小模型如圖4(c)所示，在筷子一端系上兩個(gè)繩套，一個(gè)套右手食指上，一個(gè)下吊二個(gè)鉤碼，筷子另一頭撐住手心，體驗(yàn)砝碼作用下，食指和手掌的感覺(jué)．也可以清晰地體會(huì)到食指受到的拉力以及手掌受到的壓力．在這兩個(gè)體驗(yàn)后，又有了前面的兩個(gè)實(shí)例，很多同學(xué)自己就畫(huà)出了這個(gè)情境下拉力的分解，如圖4(d)．

圖4

4 學(xué)生大力斷鋼絲

(1)身體體驗(yàn)

上課伊始，教師請(qǐng)班上兩個(gè)力氣比較大的同學(xué)拉一段鋼絲(粗細(xì)適當(dāng))，拉不斷！然后把這段鋼絲固定在兩塊木板OA，OB之間如圖5(a)，請(qǐng)一個(gè)力氣小的同學(xué)在中間用力迅速打下去，鋼絲竟然斷了！全班學(xué)生都發(fā)出了驚嘆，內(nèi)心產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突．

圖5

(2)生活體驗(yàn)

每小組選派兩名學(xué)生到講臺(tái)上來(lái)，兩人一組，甲學(xué)生用兩手分別握住橡皮筋的兩端，乙學(xué)生在橡皮筋的中間掛上一個(gè)鉤碼[圖5(b)]，甲學(xué)生兩手逐漸拉開(kāi)，其他學(xué)生會(huì)觀察到兩段橡皮筋隨著夾角增大長(zhǎng)度也在逐漸增大，有少數(shù)組的橡皮筋甚至被拉斷了！

如何解釋這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論、交流并適時(shí)點(diǎn)撥，從而達(dá)成共識(shí)：鉤碼給橡皮筋一個(gè)向下的拉力，這個(gè)拉力的作用效果是把橡皮筋向兩側(cè)拉長(zhǎng)，因此可以分解為F1，F(xiàn)2，當(dāng)F1，F(xiàn)2之間的夾角逐漸增大，盡管鉤碼拉力不變，但是，分力F1，F(xiàn)2也隨之逐漸增大，當(dāng)夾角很大時(shí)，分力也將很大，橡皮筋就被拉斷了[圖5(c)]．學(xué)生恍然大悟，在“斷鋼絲”的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生向下的作用力不也是將木板向兩側(cè)擠壓?jiǎn)?？?dāng)木板的夾角很大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生很大的分力，這個(gè)分力足以將鋼絲拉斷！

上面4個(gè)生活情境，包含了“力的分解”教學(xué)中4個(gè)典型的物理模型，學(xué)生通過(guò)身體、生活的體驗(yàn)，真正理解了力的作用效果，在愉快的課堂氛圍中較好地掌握了力的分解方法，并深切感受到科學(xué)的真實(shí)和魅力．

陶行知先生曾說(shuō)“生活與教育是一個(gè)東西，不是兩個(gè)東西．”從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)，這是物理新課程的重要理念之一．在平時(shí)的物理教學(xué)中，物理教師應(yīng)善于發(fā)現(xiàn)、挖掘和利用學(xué)生身邊的資源，盡量把不同的物理情境呈現(xiàn)給學(xué)生，以學(xué)生的體驗(yàn)為抓手，引導(dǎo)他們?cè)谟H歷中思考、感悟、理解和反思，不斷提升學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力．實(shí)踐證明，體驗(yàn)是催化學(xué)生有效學(xué)、快樂(lè)學(xué)、智慧學(xué)的“活水”．