特殊到一般，事實(shí)到猜想，實(shí)驗(yàn)得驗(yàn)證

官漢聰

摘 要：高中新課程改革實(shí)施以來，初高中物理銜接一直是中學(xué)物理教師關(guān)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(xué)科能力的更高要求與學(xué)生初高中物理學(xué)習(xí)的差距，使得如何有效進(jìn)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(jié)的探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對初高中物理在教法和學(xué)法方面的銜接進(jìn)行了一些探索。

關(guān)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(guī)律”教學(xué)方面的差別明顯：初中物理以“直觀形象化教學(xué)”為主，認(rèn)識過程基本上是從感性到理性，物理規(guī)律多由觀察和實(shí)驗(yàn)直接概括得出。整個(gè)初中學(xué)習(xí)的過程，對學(xué)生思維能力及物理學(xué)法的要求不高，有的學(xué)生甚至用機(jī)械記憶的方式代替對規(guī)律的理解。高中階段，有的物理規(guī)律要經(jīng)過推理得出、有的需通過實(shí)驗(yàn)探究歸納總結(jié)得到，而且處理問題要較多地運(yùn)用推理和判斷，給學(xué)生的高中物理學(xué)習(xí)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。本文將《力的合成》進(jìn)行有別于教材的重新設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(xué)有效銜接。

1 高一《力的合成》學(xué)前障礙分析

1.1 初高中教材“力的合成”學(xué)習(xí)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(gè)同向或反向力的合力大小和方向；能根據(jù)同一直線上的合力及其中一個(gè)分力，求出另一個(gè)分力的大小和方向。

高中：在初中學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，研究互成角度的力的合成問題，能通過實(shí)驗(yàn)掌握力的平行四邊形定則，并知道它是矢量運(yùn)算的普遍法則；會用作圖法求共點(diǎn)力的合力。

1.2 學(xué)生學(xué)情分析

學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)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(rèn)識，但對矢量運(yùn)算的理性認(rèn)識僅停留在同一直線計(jì)算，因此在接受矢量運(yùn)算時(shí)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(chǔ)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(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，最后用例題示范該定則的應(yīng)用。教材的編寫側(cè)重讓學(xué)生知道平行四邊形定則并能加以應(yīng)用解決問題，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)只起到“驗(yàn)證”的作用。教材就“平行四邊形定則”在課堂教學(xué)中如何有效生成未作設(shè)計(jì)。如果依據(jù)教材按部就班，勢必造成學(xué)生對這一知識理解的障礙，甚至機(jī)械記憶、不求甚解，影響后續(xù)有關(guān)矢量運(yùn)算的學(xué)習(xí)。

2 銜接處理設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思想

本節(jié)課摒棄以往以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平行四邊形定則的傳統(tǒng)教學(xué)思路。通過設(shè)置簡單特殊情況下互成角度二力合成的探究活動(dòng)，讓學(xué)生在一定的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。學(xué)生從中體驗(yàn)從特殊到一般，以及“實(shí)驗(yàn)事實(shí) →猜想→驗(yàn)證猜想”的科學(xué)探究過程。

2.2 銜接點(diǎn)及處理

課堂準(zhǔn)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(shù)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(guān)系

課的引入通過“曹沖稱象”、“串并聯(lián)電路中的電阻等效”兩個(gè)例子，讓學(xué)生體會等效替代思想在生活和學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。借助實(shí)驗(yàn)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(guān)系。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，互成角度的兩個(gè)力的合力大小并非簡單的兩分力相加。

2.2.2 探究兩個(gè)互成直角的力的合力

用圖1的實(shí)驗(yàn)器材，完成以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)1：兩條細(xì)繩末端分別掛上3N、4N的鉤碼，調(diào)節(jié)方向構(gòu)建出兩個(gè)互相垂直的拉力。

實(shí)驗(yàn)2：用一條細(xì)繩掛上鉤碼，使彈簧秤的示數(shù)與實(shí)驗(yàn)1中相同，此時(shí)所掛鉤碼為5N，說明實(shí)驗(yàn)1中兩個(gè)力的合力為5N。

學(xué)生動(dòng)手：按實(shí)驗(yàn)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(xué)生對三者關(guān)系的猜想，如果嘗試用線連接三個(gè)力的端點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成一個(gè)矩形，而且合力在對角線上。

2.2.3 探究兩個(gè)等大且互成120°的力的合力

用圖1的實(shí)驗(yàn)器材，完成以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)1：兩條細(xì)繩末端均分別掛上4N的鉤碼，構(gòu)建出兩個(gè)成120°的拉力。

實(shí)驗(yàn)2：用一條細(xì)繩掛上鉤碼，使彈簧秤的示數(shù)與實(shí)驗(yàn)1中相同，此時(shí)所掛鉤碼為4N，說明實(shí)驗(yàn)1中兩個(gè)力的合力為4N。

學(xué)生動(dòng)手：按實(shí)驗(yàn)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(fā)學(xué)生對三者關(guān)系的猜想，發(fā)現(xiàn)此時(shí)構(gòu)成一個(gè)菱形，而且合力在對角線上。

2.2.4 對互成角度的兩個(gè)力的合力規(guī)律的猜想

可以發(fā)現(xiàn)：在誤差范圍內(nèi)，上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中合力與分力之間構(gòu)成特殊的平行四邊形，合力在兩分力所夾的對角線上。

啟發(fā)猜想：互成角度的兩個(gè)力的合成，分力與合力會構(gòu)成一個(gè)平行四邊形，即遵循平行四邊形定則。

2.2.5 對猜想的驗(yàn)證

通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生驗(yàn)證互成（一般）角度的兩個(gè)力的合成在誤差范圍內(nèi)是否遵循平行四邊形定則，從而達(dá)到用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想的目的。

3 銜接處理設(shè)計(jì)對教學(xué)目標(biāo)生成的作用

本節(jié)課學(xué)生用“等效替代”的思想認(rèn)識合力與分力的關(guān)系，通過兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，大膽提出自己的猜想，并進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)證。從特殊到一般，由事實(shí)到猜想，實(shí)驗(yàn)得驗(yàn)證，完整經(jīng)歷了力的合成的平行四邊形定則的生成過程，較好地落實(shí)了“過程與方法”這一三維目標(biāo)。學(xué)生參與其中，鍛煉了動(dòng)手能力和合作交流能力，有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣和科學(xué)態(tài)度。

結(jié)束語

普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：在高中階段，教師有必要對一些探究的物理問題創(chuàng)設(shè)一些情境，讓學(xué)生在觀察和體驗(yàn)后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想、萌發(fā)出科學(xué)問題；或者創(chuàng)設(shè)一些任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)中運(yùn)用科學(xué)思維，自己提煉出應(yīng)探究的科學(xué)問題 [1 ]。

高中物理對學(xué)生學(xué)習(xí)能力及方法的要求更高，需要教師在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，關(guān)注初高中階段學(xué)習(xí)要求上的差異，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)并實(shí)施課堂教學(xué)，使學(xué)生能順利完成初高中物理學(xué)習(xí)的銜接。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[S].北京：人民教育出版社，2011.