對(duì)高中牛頓運(yùn)動(dòng)定律教學(xué)的研究

齊薇

牛頓運(yùn)動(dòng)定律是高中物理的核心內(nèi)容之一，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)有重要的作用。牛頓運(yùn)動(dòng)定律的教學(xué)具有綜合性，它將運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，成為高中物理的一個(gè)重要支柱。下面就從學(xué)生學(xué)習(xí)困難的原因和教學(xué)策略進(jìn)行說明。

一、學(xué)生學(xué)習(xí)困難的原因

牛頓運(yùn)動(dòng)定律對(duì)學(xué)生的理解能力、推理能力和應(yīng)用能力有較高的要求，即便是進(jìn)入高考復(fù)習(xí)階段的學(xué)生仍會(huì)在這一部分存在較大障礙。為什么解決與牛頓運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)的問題對(duì)學(xué)生來說困難重重呢？通過教學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生存在困難的原因可以歸結(jié)為四個(gè)方面：

（一）問題情境多種多樣

關(guān)于牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用，可謂是情境豐富多變。因其與生活息息相關(guān)，所以生活、科技上的很多事例都可以作為問題背景出現(xiàn)。由于缺乏對(duì)生活的觀察，以及對(duì)科學(xué)技術(shù)的關(guān)注，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為與牛頓運(yùn)動(dòng)定律相關(guān)的問題既靈活又較難掌握。

（二）不能充分挖掘圖象所呈現(xiàn)的信息

圖象是研究物理規(guī)律的一條有效途徑，圖象中往往蘊(yùn)含著豐富的信息，獲取這些信息，就可以為解決問題找到突破口。遇到物理圖象時(shí)，學(xué)生須明確該從哪些角度出發(fā)進(jìn)行研究。對(duì)于圖象，我們要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)“三看一理解”，即看橫縱坐標(biāo)、看截距、看單位；理解斜率和面積所反映的物理意義，以圖1為例進(jìn)行說明。

圖1描繪的是跳傘運(yùn)動(dòng)員從直升機(jī)上跳下的v-t圖象。其中跳傘運(yùn)動(dòng)員的總質(zhì)量為80kg，從離地500m的直升機(jī)上跳下，經(jīng)過2s拉開繩索開啟降落傘。

v-t圖象的斜率表示加速度，圖象與坐標(biāo)軸所圍的面積表示位移。由圖可知，物體在前2s內(nèi)的圖象為直線，斜率不變，可以推知物體在前2s內(nèi)做的是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。第14s后，物體的速度保持不變，斜率為零，說明運(yùn)動(dòng)員所受合外力為零，從而在落地前做勻速直線運(yùn)動(dòng)。通過估算運(yùn)動(dòng)員下落的高度，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)v-t圖象與坐標(biāo)軸圍成面積的理解。由于v-t圖象與坐標(biāo)軸圍成面積不規(guī)則，所以還可考查學(xué)生對(duì)形狀不規(guī)則的面積的處理方法，提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

（三）對(duì)相關(guān)解題方法理解不到位

根據(jù)物理問題的特點(diǎn)，可以利用特定的方法進(jìn)行解題。在教學(xué)時(shí)，為了使

學(xué)生能夠明確如何使用某一方法，往往選用最簡單的問題情境對(duì)解題方法進(jìn)行教學(xué)。不過，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“以偏概全”的現(xiàn)象，容易造成學(xué)生片面的認(rèn)知。以“整體隔離法”為例，多數(shù)學(xué)生對(duì)“整體隔離法”的認(rèn)識(shí)，還停留在多個(gè)研究對(duì)象必須有共同加速度的認(rèn)識(shí)上。這是由于平時(shí)解決問題的情境過于單一，造成學(xué)生理解上的偏頗。實(shí)際上整體隔離法不需要嚴(yán)格限制各個(gè)物體的加速度必須相同。在進(jìn)行整體與隔離法教學(xué)時(shí)，不論各物體加速度是否相同，最好都將等式右側(cè)寫成各個(gè)物體的質(zhì)量與各自加速度的乘積的形式，然后再相加求和，即 而非質(zhì)量之和乘以加速度，即 ，這樣可以幫助學(xué)生盡量遠(yuǎn)離整體隔離法的誤區(qū)。

（四）對(duì)相關(guān)物理概念理解不透徹

在應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律題的過程中，學(xué)生部分困難來源于對(duì)物理概念理解不透徹，以摩擦力為例進(jìn)行說明。

如圖2所示，長為12m、質(zhì)量為50kg的木板放在水平面上，木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1。質(zhì)量為50kg的人立于木板左端，開始木板與人均靜止。后來，人以4m/s2的加速度勻加速向右奔跑，試判斷人所受到的摩擦力的方向。

在判斷人所受到的摩擦力的方向時(shí)，學(xué)生認(rèn)為“人相對(duì)于木板向右運(yùn)動(dòng)，則受到的摩擦力應(yīng)該向左?！彼詫W(xué)生存在疑惑——“忽略人自身生物能的轉(zhuǎn)化，人加速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來自于哪里呢？”出現(xiàn)這一問題的原因是學(xué)生沒有準(zhǔn)確地理解摩擦力的定義。我們將“兩個(gè)物體相互接觸并擠壓，當(dāng)它們沿接觸面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，每個(gè)物體的接觸面上都會(huì)受到對(duì)方作用的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，這個(gè)力叫做摩擦力?！彼?，摩擦力應(yīng)該作用在各個(gè)物體的接觸面上。

在上述情境中，摩擦力作用在人腳與木板之間的接觸面上，而非人整體。人腳相對(duì)于木板的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)為水平向后，所以人腳受到的摩擦力向前，且為靜摩擦力，為人提供向右加速奔跑的動(dòng)力?？梢姕?zhǔn)確理解物理概念對(duì)分析題目有重要的意義。

二、教學(xué)策略

針對(duì)學(xué)生現(xiàn)存問題，提出如下教學(xué)策略：

（一）幫助學(xué)生建立起“一個(gè)思想”——加速度與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密不可分

加速度是否存在決定了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否會(huì)改變；加速度是否恒定，以及與速度方向間的夾角決定了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)椤凹铀俣取笔沁B接力與運(yùn)動(dòng)的橋梁，所以要以加速度（合外力）為紐帶，要幫助學(xué)生建立起力與運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系，即“通過受力分析來判斷物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”，以及“利用物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來推斷物體的受力情況”。

（二） 強(qiáng)化用“一題多法”進(jìn)行教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試用多種方法解決問題

“一題多解”不僅可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，也可以培養(yǎng)學(xué)生思維的發(fā)散性與靈活性，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。比如，正交分解法——當(dāng)物體受三力不再平衡時(shí)（即有加速度時(shí)），或者受力個(gè)數(shù)超過三個(gè)時(shí)，往往選擇正交分解法解題。正交分解法，可以選擇分解力，也可以選擇分解加速度，至于哪種方法更簡單，教師可以讓學(xué)生自行探索，從而得出結(jié)論，正所謂“授之以魚不如授之以漁”，掌握方法遠(yuǎn)比僅僅記住結(jié)論重要。

（三） 培養(yǎng)學(xué)生化繁為簡、抽象模型的能力

物理問題往往涉及多個(gè)過程，教學(xué)時(shí)，學(xué)生要將整個(gè)過程劃分成多個(gè)子過程，并將各子過程抽象成所熟悉的模型，在平時(shí)教學(xué)時(shí)要重視對(duì)學(xué)生抽象模型能力的培養(yǎng)。

（四）注意題目間的相似性，利用對(duì)比的方式進(jìn)行教學(xué)

很多問題情境相似，學(xué)生容易出現(xiàn)生搬硬套的現(xiàn)象，從而忽視其中的不同，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。在教學(xué)中，教師要利用好相似的題目，通過對(duì)比教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生分析與綜合能力的養(yǎng)成。

牛頓運(yùn)動(dòng)定律的教學(xué)貫穿于整個(gè)高中，且與生活息息相關(guān)，它對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)身邊的各種現(xiàn)象起著重要的指導(dǎo)作用。正因如此，教師才要幫助學(xué)生準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，擺脫錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，從而完善學(xué)生的科學(xué)觀念，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新型人才作出貢獻(xiàn)。