創(chuàng)設(shè)生活問題情境，構(gòu)建有效的物理課堂
——以“共點(diǎn)力的平衡及其應(yīng)用”為例

伍國貴

(廣東省陽江市陽東區(qū)第二中學(xué)，廣東 陽江 529931)

1 引言

“創(chuàng)設(shè)生活問題情境”是教師在教學(xué)過程中引入或創(chuàng)設(shè)具有一定色彩的、生動具體的日常生活場景，動搖學(xué)生的認(rèn)知平衡，激起學(xué)生疑惑、詫異的情感，使學(xué)生產(chǎn)生必須探究到底的欲望的一種教學(xué)方式。通過創(chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性和探索性的生活問題情境，教師能有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思考、合作探究，親身體驗知識的構(gòu)建過程，提高分析問題和解決問題的能力，體會到成功的喜悅，進(jìn)而優(yōu)化物理課堂教學(xué)效果。下面以高一物理“共點(diǎn)力的平衡及其應(yīng)用”的教學(xué)內(nèi)容為例，創(chuàng)設(shè)日常生活中有關(guān)平衡的情景，提出問題，讓學(xué)生經(jīng)歷用共點(diǎn)力的平衡條件分析并解決生活中實(shí)際問題的過程，體會利用共點(diǎn)力的平衡條件解決問題的思路，并最終形成利用共點(diǎn)力平衡條件解決問題的意識和能力。

2 以問題導(dǎo)入激發(fā)興趣

創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的日常生活中的物理問題情境，學(xué)生會感到親切自然，從而激發(fā)好奇心和求知欲。然后，教師可引導(dǎo)學(xué)生主動探究，點(diǎn)燃學(xué)生的思維之花，開啟學(xué)生的智慧之門，有效提高學(xué)生的科學(xué)思維[1]。

“共點(diǎn)力的平衡及其應(yīng)用”是對初中所學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展與提升，學(xué)生已經(jīng)知道物體的平衡狀態(tài)是物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)和二力平衡的條件。在相互作用前幾節(jié)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)會對物體進(jìn)行受力分析和利用平行四邊形定則進(jìn)行力的合成與分解。在“共點(diǎn)力的平衡及其應(yīng)用”的新課引入中，教師可以展示一些日常生活中有關(guān)平衡的圖片或者視頻（如節(jié)日掛的燈籠、蘑菇石、體操吊環(huán)比賽、頂缸表演、港珠澳大橋），讓學(xué)生感受平衡之美和認(rèn)識到物理現(xiàn)象、問題就在我們身邊。然后以節(jié)日掛的燈籠（圖1）為例讓學(xué)生進(jìn)行受力分析（燈籠受到重力和繩子的拉力），回顧初中所學(xué)二力平衡條件“兩個力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，即這兩個力的合力為零”。接著提出問題，在我們現(xiàn)實(shí)生活中有很多物體常常受到三個力的作用而處于平衡狀態(tài)，如圖2，2008年北京奧運(yùn)會體操吊環(huán)決賽中，陳一冰獲得金牌，陳一冰拉著吊環(huán)靜止時受到三個力作用，讓學(xué)生思考能否將三個力的平衡問題轉(zhuǎn)化為二力平衡問題。學(xué)生很容易想到利用任意兩個力的合力與第三個力等大反向，三個力的合力即為零（圖3）。

圖1 節(jié)日燈籠

圖2 陳一冰吊環(huán)比賽

圖3 合力示例圖

最后，教師可進(jìn)一步提出問題：如果物體受到多個力作用而處于平衡狀態(tài)？讓學(xué)生進(jìn)行討論總結(jié)，學(xué)生自然而然會聯(lián)想到用求三力平衡的辦法，通過對力進(jìn)行逐步求和，最終將多力平衡問題轉(zhuǎn)變?yōu)槎ζ胶鈫栴}。

通過這樣的課堂引入，學(xué)生既體會到了平衡之美，又提高了邏輯推理能力，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情隨即得以提高。

3 巧設(shè)問題情境調(diào)動探究動機(jī)

設(shè)置生活中的實(shí)際問題情境，既可以觸發(fā)學(xué)生的求知渴望，又可以激發(fā)學(xué)生的探究熱情，既易于理解，又便于反復(fù)體驗。學(xué)生通過對生活實(shí)際問題的思考、探索，能提高發(fā)現(xiàn)問題的意識以及認(rèn)識自然、理解自然，有效增強(qiáng)知識構(gòu)建的能力。在前面得出物體受到多個力平衡時的求解方法后，教師創(chuàng)設(shè)以下情境，提出問題。

情境一：播放一則新聞片段，正在施工的高樓外墻施工工人被風(fēng)吹離墻壁一段距離（圖4），提出問題，如何利用共點(diǎn)力平衡條件估算工人所受水平風(fēng)力的大小？

圖4 工人施工現(xiàn)場

情境二：展示人們在超市里使用拉桿式購物籃的圖片（圖5），提出問題，請你從力的角度分析，為什么人們習(xí)慣拉購物籃，而不是推購物籃？

圖5 拉桿式購物籃

通過這兩個現(xiàn)實(shí)生活中的問題情境，把學(xué)生帶入利用物理知識解決現(xiàn)實(shí)問題的場景中來，調(diào)動學(xué)生探究的積極性，有效培養(yǎng)學(xué)生思考的習(xí)慣。

4 注重啟發(fā)誘導(dǎo)自主探究發(fā)現(xiàn)

在物理教學(xué)中，教師創(chuàng)設(shè)情境，提出有效問題，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入問題的合作探究后，教師適時地啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生積極思考，從而找出解決問題的思路和方法，實(shí)現(xiàn)知識的自主構(gòu)建和問題解決能力的提升[2]。教師在創(chuàng)設(shè)了情境一、二的問題情境后，可適時地引導(dǎo)學(xué)生抽象概括、構(gòu)建模型。引導(dǎo)學(xué)生抽象概括工人和購物籃的形狀和大小相對于所研究的問題屬于次要因素，可以忽略，因此可以把工人和購物籃抽象為一個質(zhì)點(diǎn)來研究。在情境一中，由于實(shí)際風(fēng)力是不斷變化的，工人的受力也是不斷變化的，引導(dǎo)學(xué)生分析工人在離開墻壁最遠(yuǎn)處這極短時間內(nèi)，可以認(rèn)為工人處于平衡狀態(tài)。在情境二中，由于人拉購物籃的實(shí)際運(yùn)動是比較復(fù)雜的，但是人在購物時總喜歡拉著購物籃緩慢行走，此時可以將購物籃緩緩運(yùn)動的某時刻所處的狀態(tài)認(rèn)定為平衡狀態(tài)。通過教師的啟發(fā)引導(dǎo)，學(xué)生能學(xué)會將實(shí)際情境中的物體抽象作為質(zhì)點(diǎn)，體會物理模型構(gòu)建的過程，培養(yǎng)模型構(gòu)建的思維方式。

教師適時引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型后，留出充足的時間給學(xué)生思考、合作探究，分析和解決問題。

問題一：工人受到重力、繩子拉力和風(fēng)力作用（受力分析如圖6），工人處于平衡狀態(tài)時受到的任意兩個力的合力與第三個力等大反向，利用幾何關(guān)系即可得出風(fēng)力的大小F2=mg tan θ。若工人質(zhì)量為70kg，得到風(fēng)力約為404N。學(xué)生不知道風(fēng)力的厲害，這時教師可讓學(xué)生對比12 級風(fēng)順口溜，“……六級強(qiáng)風(fēng)舉傘難，七級樹搖步行艱，八級大風(fēng)樹枝折……”，從該順口溜可知風(fēng)力達(dá)到八級時對人的作用力是非常巨大的，這也是為什么風(fēng)力超五級時不得從事外墻清洗等相關(guān)工作的原因，如此有助培養(yǎng)學(xué)生敬畏自然、珍愛生命的意識。

圖6 工人受到重力、繩子拉力和風(fēng)力作用受力分析圖

問題二：拉購物籃受到重力、支持力、拉力和摩擦力作用（受力分析如圖7），若采用力的合成的辦法將比較麻煩，因此可采用正交分解法，沿水平和豎直方向建立平面直角坐標(biāo)系，將拉力分解到坐標(biāo)軸上，當(dāng)坐標(biāo)軸上的合力分別為零時，購物籃所受到的合力即為零。

圖7 拉購物籃受到重力、支持力、拉力和摩擦力作用受力分析圖

拉購物籃時：

x軸：F拉cos θ=f，

y軸：FN+F拉sin θ=mg，

又因：f=μFN，

同理當(dāng)推購物籃時（圖8）即可解得：F推=。

圖8 推購物籃受到重力、支持力、拉力和摩擦力作用受力分析圖

可見對于同一個購物籃，在相同的地面運(yùn)動時，可以認(rèn)為μ和m保持不變，當(dāng)拉力和推力與水平面的夾角相同時，可以得到拉力小于推力，即拉比推要省力些，這就是人們常常是拉購物籃而不是推購物籃的原因。通過對情境一、二的生活問題情境的探究，學(xué)生學(xué)會了力的合成和正交分解的應(yīng)用，既培養(yǎng)了應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力，又提升了科學(xué)思維能力，同時還使物理課堂煥發(fā)活力，有效優(yōu)化了物理課堂教學(xué)效果。

5 質(zhì)疑創(chuàng)新提出見解

既然同一人拉購物籃比推購物籃時要省力，由此提出質(zhì)疑，在超市里為什么更多的人選擇推購物車而不是拉購物車呢？通過展示探究結(jié)果與現(xiàn)實(shí)生活實(shí)際的差異，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑和批判精神，引導(dǎo)學(xué)生提出自己的見解，使學(xué)生意識到物理模型與現(xiàn)實(shí)生活的差別，不斷提出質(zhì)疑、不斷創(chuàng)新，從體驗中獲得感性認(rèn)識，領(lǐng)悟問題解決的特點(diǎn)，最終形成發(fā)現(xiàn)和解決問題的思維習(xí)慣。

綜上所述，在高中物理課堂教學(xué)中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選取生活中的實(shí)際情境作為載體，不但能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和活躍學(xué)生的思維，還可以充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，提高學(xué)生物理的學(xué)科素養(yǎng)。在“共點(diǎn)力的平衡及其應(yīng)用”的教學(xué)中讓學(xué)生在運(yùn)用共點(diǎn)力的平衡條件解決生活中實(shí)際問題的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生建構(gòu)物理模型的能力，科學(xué)推理的能力，質(zhì)疑與批判的精神以及提出自己創(chuàng)造性見解的能力?？梢?，精心創(chuàng)設(shè)生活中的物理問題情境，使學(xué)生在活躍的課堂氛圍中主動思考、合作探究，不僅符合新課程改革的要求，還可以有效提高物理教學(xué)課堂效果。