基于概念圖的牛頓運(yùn)動(dòng)定律復(fù)習(xí)實(shí)踐研究

張燕紅

如何有效提升高三物理復(fù)習(xí)的實(shí)效性？筆者從事高中物理教學(xué)多年，就這個(gè)問(wèn)題也有自己的思考和想法，復(fù)習(xí)的關(guān)鍵在于盡可能地幫助學(xué)生又快又好地理順知識(shí)脈絡(luò)，促進(jìn)物理概念、規(guī)律更好地被用于解決問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的模塊化、結(jié)構(gòu)化，提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力.本文以牛頓運(yùn)動(dòng)定律復(fù)習(xí)為例，就如何借助于概念圖從宏觀到微觀提升高中物理復(fù)習(xí)的效果進(jìn)行分析.

1 借助于概念圖“宏觀”呈現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)

復(fù)習(xí)的第一步是幫助學(xué)生有效回顧本章節(jié)內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)，概念圖是最好的載體，可以引導(dǎo)學(xué)生建立宏觀的概念體系.

例如，“牛頓第一定律”的復(fù)習(xí)建立如圖1所示的粗線條的概念圖，啟發(fā)學(xué)生從3個(gè)方面復(fù)習(xí)和理解.

當(dāng)然，對(duì)于重要的概念，我們也可以采用留空的方式引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注概念的重點(diǎn)內(nèi)容.

例如，“牛頓第二定律”不僅僅涉及到數(shù)值的關(guān)系、還涉及到方向和單位制的問(wèn)題，而學(xué)生在理解時(shí)又往往容易出現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵詞理解上的缺失，怎么辦？在粗線條的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步精細(xì)化，設(shè)置概念圖如圖2所示.

通過(guò)上面的兩個(gè)例子我們可以看到整個(gè)章節(jié)的物理內(nèi)容借助于概念圖，變得有條理性了，學(xué)生對(duì)整個(gè)章節(jié)內(nèi)容的復(fù)習(xí)從一開始就有了一個(gè)清晰的輪廓.

2 借助于概念圖“中觀”呈現(xiàn)核心概念

一個(gè)章節(jié)涉及到哪些物理概念，知識(shí)結(jié)構(gòu)如何屬于宏觀層面的知識(shí)體系構(gòu)建，具體到某一個(gè)概念如何呈現(xiàn)則屬于中觀的視角.那么，如何有效復(fù)習(xí)呢？同樣可以借助于概念圖來(lái)可視化呈現(xiàn).

例如，筆者在和學(xué)生一起通過(guò)如圖3所示概念圖的構(gòu)建，有效回顧“牛頓第二定律的五個(gè)特性”.

從宏觀到中觀建構(gòu)概念圖的過(guò)程是學(xué)生復(fù)習(xí)逐步深入的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生對(duì)物理知識(shí)和概念的理解越來(lái)越清晰，為進(jìn)一步解決“微觀化”物理習(xí)題打下基礎(chǔ).

3 借助于概念圖“微觀”呈現(xiàn)解題程序

最終知識(shí)的學(xué)習(xí)都要能夠用于解決具體的物理問(wèn)題，即在解題的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化與鞏固.解題程序?qū)儆谖锢韺W(xué)習(xí)的“微觀”層面，依然可以借助于概念圖來(lái)可視化呈現(xiàn)，下面以兩個(gè)具體的例題進(jìn)行分析.

例1 如圖4所示，在傾角θ=37°的足夠長(zhǎng)的固定斜面上，有一質(zhì)量m=1 kg的物體，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，物體受到沿平行于斜面方向向上的輕繩的拉力F=9.6 N的作用，從靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)2 s繩子突然斷了，求繩斷后經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間物體速度的大小達(dá)到22 m/s.（sin37°=0.6，取g=10 m/s2）

分析 首先分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以分為如下3個(gè)過(guò)程：第一個(gè)過(guò)程：在最初2 s內(nèi)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)；第二個(gè)過(guò)程：從撤去力F開始到速度減為零的勻減速直線運(yùn)動(dòng)；第三個(gè)過(guò)程：從最高點(diǎn)開始沿斜面向下的初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).

接著對(duì)各個(gè)過(guò)程進(jìn)行受力分析并建立方程如表1所示.

其實(shí)上述分析過(guò)程可以用如圖5所示的概念圖幫助學(xué)生強(qiáng)化記憶.

例2 （多選）（2014年江蘇）如圖6所示，A、B兩物塊的質(zhì)量分別為2m和m，靜止疊放在水平地面上.A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為12μ.最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g.現(xiàn)對(duì)A施加一水平拉力F，則

A.當(dāng)F<2μmg時(shí)，A、B都相對(duì)地面靜止

B.當(dāng)F=52μmg時(shí)，A的加速度為13μg

C.當(dāng)F>3μmg時(shí)，A相對(duì)B滑動(dòng)

D.無(wú)論F為何值，B的加速度不會(huì)超過(guò)12μg

分析 2014年的這道高考題是典型的“兩物疊加的”連接體問(wèn)題，涉及到牛頓第二定律、整體法、隔離法、臨界等諸多問(wèn)題，具體問(wèn)題的解決過(guò)程可以借助于如圖7所示的概念圖來(lái)完成.

解析 對(duì)A、B整體，地面對(duì)B的最大靜摩擦力為32μmg，故當(dāng)32μmg

當(dāng)然，概念圖還具有延展性，不要孤立，例如，筆者和學(xué)生一起處理了疊加體系統(tǒng)的臨界問(wèn)題后，可以進(jìn)一步和學(xué)生豐富概念圖的組分，具體可以引導(dǎo)學(xué)生從如下4個(gè)方面著手，進(jìn)一步微觀化處理，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)更為準(zhǔn)確：（1）接觸與脫離的臨界條件：兩物體相接觸或脫離，臨界條件是：彈力FN=0.（2）相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件：兩物體相接觸且處于相對(duì)靜止時(shí)，常存在著靜摩擦力，則相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件是：靜摩擦力達(dá)到最大值.（3）繩子斷裂與松弛的臨界條件：繩子所能承受的張力是有限的，繩子斷與不斷的臨界條件是繩中張力等于它所能承受的最大張力，繩子松弛的臨界條件是FT=0.（4）加速度最大與速度最大的臨界條件：當(dāng)物體在受到變化的外力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度和速度都會(huì)不斷變化，當(dāng)所受合外力最大時(shí)，具有最大加速度；合外力最小時(shí)，具有最小加速度.當(dāng)出現(xiàn)速度有最大值或最小值的臨界條件時(shí)，物體處于臨界狀態(tài)，所對(duì)應(yīng)的速度便會(huì)出現(xiàn)最大值或最小值.

總之，無(wú)論是從宏觀、中觀、微觀，概念圖在高中物理學(xué)習(xí)尤其是復(fù)習(xí)過(guò)程中能夠幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)的模塊化、系統(tǒng)化，提高思維的品質(zhì).