從二力平衡到多力平衡的銜接教學(xué)

秦華

在學(xué)生原有知識(shí)鋪墊的基礎(chǔ)上，逐漸展開深層次的相關(guān)教學(xué)，這是學(xué)科教材編寫的宗旨，也是學(xué)科教學(xué)必須遵循的規(guī)律。這不僅體現(xiàn)了知識(shí)結(jié)構(gòu)體系本身的完整性，同時(shí)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律上邏輯聯(lián)系的層次遞進(jìn)。因此教學(xué)上積極研究相關(guān)知識(shí)的銜接，完成由此及彼的知識(shí)遷移，對(duì)教學(xué)實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義。下面我結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，就二力平衡到多力平衡的銜接教學(xué)作一些初步的探討。

一、理清相關(guān)概念

“力的平衡”是以共點(diǎn)力作用下“物體的平衡”為載體，闡明物體在共點(diǎn)力作用下的平衡條件：F合=0。初中教材只涉及二力平衡問題，教材編排上通過列舉實(shí)例幫助學(xué)生理解“平衡力是大小相等、方向相反的兩個(gè)力”，區(qū)別“平衡力”和“相互作用力”，知道“物體在平衡力的作用下保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”?；诔踔袑W(xué)生邏輯抽象思維尚處劣勢(shì)的特點(diǎn)，此時(shí)的教學(xué)更多地側(cè)重“平衡力”的感性認(rèn)識(shí)。實(shí)踐表明，大多數(shù)初中學(xué)生在“物體的平衡”、“力的平衡”、“二力平衡”、“平衡力”的認(rèn)識(shí)上，仍是一些模糊的概念。因此，高中物理教學(xué)，首先要幫助學(xué)生弄清概念。

物體的平衡（包括靜平衡和動(dòng)平衡）是對(duì)物體的狀態(tài)說的，力的平衡是對(duì)力的作用效果說的。物體在共點(diǎn)力作用下的平衡，指物體靜止（靜平衡）或勻速直線運(yùn)動(dòng)（動(dòng)平衡）。物體在幾個(gè)力作用下合力等于零，這種情況叫力的平衡。很顯然，二力平衡（多力平衡）是指作用在處于平衡狀態(tài)的物體上的二力（多力）彼此平衡。于是，“二力平衡”和“多力平衡”以“物體的平衡”為載體完成了概念的銜接。

二、由簡(jiǎn)到繁的邏輯推理教學(xué)

1、夯實(shí)基礎(chǔ)。力的合成、分解的平行四邊形定則，以及牛頓運(yùn)動(dòng)定律，是推導(dǎo)共點(diǎn)力平衡條件，并把簡(jiǎn)單的二力平衡與較復(fù)雜的多力平衡進(jìn)行知識(shí)連接的預(yù)備知識(shí)。對(duì)于知識(shí)預(yù)備環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容因力爭(zhēng)做到當(dāng)堂鞏固，分章、分節(jié)步步為營(yíng)，章章節(jié)節(jié)過關(guān)，為“物體的平衡”一章的學(xué)習(xí)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，教學(xué)上的“循序漸進(jìn)”顯得尤為重要。

2、以原有知識(shí)（二力平衡）出發(fā)的教學(xué)原則。共點(diǎn)力平衡條件的教學(xué)推導(dǎo)可有兩種途徑：

途徑一（直接理論推導(dǎo)）：從平衡狀態(tài)的：a=0

又由牛頓第二定律得：F合=ma=0

結(jié)論：平衡狀態(tài)的條件為：F合=0

途徑二（引導(dǎo)推理）：舉例二力平衡實(shí)例，如絲線懸掛一小球靜止。引導(dǎo)學(xué)生：①分析小球受力（小球受到懸線的拉力F和重力G）；②思考：物體受兩個(gè)力平衡時(shí)，這兩個(gè)力是什么關(guān)系？是否學(xué)過？（二力平衡F=G）；③規(guī)定正方向后計(jì)算合力F合=F-G=0 （或F合=G-F=0）；④提問：物體在互成角度的多個(gè)共點(diǎn)力作用下平衡是否也滿足F合=0？ ⑤最后，引導(dǎo)完成上述途徑一的理論推導(dǎo)。

途徑二，由學(xué)生熟知的二力平衡出發(fā)，由此及彼地啟發(fā)并引導(dǎo)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思辯能力，并很好地處理了由具體到一般的邏輯推理，符合高一學(xué)生易于接受由形象到抽象的認(rèn)知特點(diǎn)。同時(shí)，步驟④為下面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證埋下了伏筆。因而，較途徑一優(yōu)越。

3、由二力平衡到三力平衡的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。用彈簧秤先測(cè)演示物體的重量G，再用兩個(gè)彈簧秤向上成一角度提起演示物體，使其保持靜止?fàn)顟B(tài)，讀出彈簧秤的示數(shù)，板畫物體的受力圖示，根據(jù)力的平行四邊形定則，求出合力。讓學(xué)生動(dòng)手參與并計(jì)算后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在誤差允許范圍內(nèi)，合力為零。至此，由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三力平衡條件F合=0。

本實(shí)驗(yàn)以學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的形式開展，在動(dòng)手的過程中，引導(dǎo)學(xué)生去思考：本驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的原理是什么？三力平衡與二力平衡有何聯(lián)系？

引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合受力圖示分析去發(fā)現(xiàn)：物體受F1、F2、F3作用處于平衡狀態(tài)，可以用平行四邊形定則求得F1與F2的合力F12 ，這樣物體相當(dāng)于受F12和F3兩個(gè)力的作用，由于物體處于平衡狀態(tài)，根據(jù)二力平衡條件即可得出F12和F3大小相等，方向相反，而且在同一直線上。很自然地，把三力平衡歸結(jié)為二力平衡驗(yàn)證了三力平衡條件亦為F合=0。于是得到三力平衡條件的重要推論：三個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，其中任意兩個(gè)力的合力必與第三個(gè)力大小相等，方向相反，而且在同一直線上。

4、順勢(shì)力推，溫故知新。借助實(shí)驗(yàn)并在力的合成基礎(chǔ)上，引領(lǐng)學(xué)生找到了二力平衡與三力平衡的連結(jié)點(diǎn)，順勢(shì)將其推廣到多力平衡。

復(fù)習(xí)引申三個(gè)以上的共點(diǎn)力的合成：先求出任意兩個(gè)力的合力，再求出此合力跟第三個(gè)力的總合成，依次類推，直到求完為止。據(jù)此啟發(fā)學(xué)生把n力平衡與三力平衡類比討論后得到：n力共同作用下物體處于平衡狀態(tài)，則此n個(gè)力必共點(diǎn)、共面，F(xiàn)合=0。其中任意（n-1）個(gè)力的合力必與第n個(gè)力等值反向，作用在同一直線上。

三、從二力平衡的角度去透析正交分解法，是二力平衡與多力平衡相銜接的又一著手點(diǎn)

學(xué)以致用是我們教學(xué)的目的，而要用，就必須首先對(duì)知識(shí)點(diǎn)有清晰明了的認(rèn)識(shí)，才能在應(yīng)用中加以進(jìn)一步的理解、深化。教材分別安排了三力平衡和多力平衡的典型例題，通過例題的分析和求解，使學(xué)生明確：對(duì)于比較容易的靜力學(xué)問題（三力平衡問題，其中兩力往往互成直角），用直角三角形的方法求解；對(duì)于比較復(fù)雜的問題（多力平衡問題），可用正交分解的方法求解。

F1分解為x軸上的F1′和y軸上的F1″，即F1′和F1″等效代替了F1，這樣x軸上F1′和F2二力平衡，y軸上的F1″和F二力平衡，也就是坐標(biāo)軸正向和負(fù)向的合力彼此平衡。顯然，多力平衡通過正交分解法又歸結(jié)到了二力平衡上來。從學(xué)生熟悉的二力平衡的角度去透析正交分解，比直接將此法生硬地灌輸給學(xué)生要有效得多。

總之，用來解決多力平衡問題的正交分解法，從二力平衡的角度對(duì)之加以透析，讓此知識(shí)點(diǎn)有了更清晰而深入的詮釋，也使其更深入人心。

四、結(jié)語

高一學(xué)生普遍感到高一物理難學(xué)，難度就在于初、高中知識(shí)銜接中出現(xiàn)的“臺(tái)階”。如何搞好初、高中物理教學(xué)的銜接，降低初、高中物理的學(xué)習(xí)臺(tái)階；如何使學(xué)生盡快適應(yīng)高中物理教學(xué)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，渡過學(xué)習(xí)物理的難關(guān)，已成為高一物理教師的首要任務(wù)。以上是筆者以“二力平衡到多力平衡的銜接教學(xué)”為例，闡述在高一物理教學(xué)中做好初、高中物理教學(xué)銜接的一些具體做法，現(xiàn)將其總結(jié)如下：

1、把握新舊知識(shí)的同化。同化是把新學(xué)習(xí)的物理概念和物理規(guī)律整合到原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的模式之中，認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到豐富和擴(kuò)展。高中教師應(yīng)了解學(xué)生在初中已經(jīng)掌握了哪些知識(shí)，并認(rèn)真分析學(xué)生已有的知識(shí)。把高中教材研究的問題與初中教材研究的問題在文字表述、研究方法、思維特點(diǎn)等方面進(jìn)行對(duì)比，明確新舊知識(shí)之間的聯(lián)系與差異。選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，使學(xué)生順利地利用舊知識(shí)來同化新知識(shí)。

2、加強(qiáng)直觀性教學(xué)、提高物理學(xué)習(xí)興趣。高中物理在研究復(fù)雜的物理現(xiàn)象時(shí)，為了使問題簡(jiǎn)單化，經(jīng)常只考慮其主要因素，而忽略次要因素，建立物理現(xiàn)象的模型，使物理概念抽象化（如上例中，把研究對(duì)象抽象為質(zhì)點(diǎn)的理想化模型，討論共點(diǎn)力作用下物體的平衡）。初中學(xué)生進(jìn)入高中學(xué)習(xí)，往往感到模型抽象，不可以想象。針對(duì)這種情況，應(yīng)盡量采用直觀形象的教學(xué)方法，多做一些實(shí)驗(yàn)（蘇霍姆林斯基曾經(jīng)指出：“有許多聰明的，天賦很好的學(xué)生，只有當(dāng)他的手和手指尖接觸到創(chuàng)造性勞動(dòng)的時(shí)候，他們對(duì)知識(shí)的興趣才能覺醒起來”。因此，上例設(shè)計(jì)了學(xué)生分組的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)），多舉一些實(shí)例（包括二力、三力、多力的實(shí)例），使學(xué)生能夠通過具體的物理現(xiàn)象來建立物理概念，掌握物理規(guī)律，設(shè)法使他們嘗到“成功的喜悅”。通過實(shí)物演示的直觀教學(xué)使抽象的物理概念與生活實(shí)例聯(lián)系起來，變抽象為形象，變枯燥為生動(dòng)，提高了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好更快的適應(yīng)高中物理的教學(xué)特點(diǎn)。

3、采用啟發(fā)式教學(xué)方式，提高學(xué)生思維能力水平。亞里斯多德說過：“思維開始于疑問與驚奇，問題啟動(dòng)于思維”。改進(jìn)課堂教學(xué)，每一節(jié)課都設(shè)法創(chuàng)造思維情境，組織學(xué)生的思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的物理抽象能力、概括能力、判斷能力和綜合分析能力。在物理概念和規(guī)律教學(xué)中，按照物理學(xué)中概念和規(guī)律建立的思維過程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析、比較、抽象、概括、類比、等效等思維方法，對(duì)感性材料進(jìn)行思維加工，抓住主要因素和本質(zhì)聯(lián)系，忽略次要因素和非本質(zhì)聯(lián)系，抽象概括出事物的物理本質(zhì)屬性和基本規(guī)律，建立科學(xué)的物理概念和物理規(guī)律，著重培養(yǎng)、提高學(xué)生抽象概括、實(shí)驗(yàn)歸納、理論分析等思維能力水平。這在上例的平衡條件的推導(dǎo)步驟、學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)以及教師的設(shè)問引導(dǎo)上均有所體現(xiàn)。

五、結(jié)語

高中的學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)心理以及物理這一學(xué)科對(duì)學(xué)生的思維能力、抽象能力、運(yùn)用數(shù)學(xué)的解題能力都比初中有更高的要求，這似乎已成為高中教師的普遍共識(shí)?！芭_(tái)階”固然存在，學(xué)生能否在盡量短的時(shí)間適應(yīng)高中的學(xué)習(xí)，順利地跨過這個(gè)學(xué)習(xí)臺(tái)階，是影響學(xué)生提高學(xué)習(xí)成績(jī)的主要因素。搞好初、高中物理教學(xué)銜接，降低初、高中物理的學(xué)習(xí)臺(tái)階，是一個(gè)需要多方合作、統(tǒng)籌安排的系統(tǒng)工程。要從高中物理教學(xué)方面想辦法，同時(shí)也要從初中物理教學(xué)方面想辦法；要從教材，從學(xué)生方面想辦法，也要從教法、教師方面想辦法。讓高一學(xué)生輕松學(xué)物理，是我們教學(xué)的最終目的！