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高中物理起始教學(xué)中幾個難點的分析與突破
俗話說“萬事開頭難”，而對于本來就難教、難學(xué)的高中物理來說，起始階段的教學(xué)就更加困難。內(nèi)容多與課時少的矛盾使得高中物理教師不可能再像初中那樣講解得細致入微，需要學(xué)生較多的獨立思考和領(lǐng)悟；高中物理的內(nèi)容也更加復(fù)雜，應(yīng)用更加廣泛，對學(xué)生的形象思維以及抽象思維能力的要求都相對提高。在以前的教學(xué)中我們常發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：剛進入高中的學(xué)生對高中物理的神秘世界充滿了幻想，他們滿懷希望地投入到高中物理的學(xué)習(xí)之中，但是，當(dāng)他們一次次經(jīng)歷著“一聽就懂，一做就錯”的無奈后，學(xué)好高中物理的信心受到嚴重的打擊，于是，一批一批的學(xué)生在一個一個的學(xué)習(xí)障礙面前退縮……這種現(xiàn)象的發(fā)生值得我們深思。筆者認為，學(xué)生能否盡快適應(yīng)高中物理的學(xué)習(xí)要求，并保持持久的學(xué)習(xí)興趣，關(guān)鍵在于教師能否及時發(fā)現(xiàn)并排除學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙。本文就以對高中一年級物理起始兩章的部分教學(xué)難點的分析為例，來談一些有關(guān)發(fā)現(xiàn)難點、突破難點的教學(xué)思路。
靜摩擦力
學(xué)生在初中階段的學(xué)習(xí)中已經(jīng)初步認識了摩擦力，進入高中后需要進一步研究摩擦力的存在、摩擦力大小和方向。其中對于靜摩擦力的理解與判斷將是一個較大的難點，原因在于靜止物體的“相對運動趨勢”是一個非常抽象的概念。像圖1中物體在外力F作用下保持靜止、圖2中靜止在斜面上的物體、圖3中斜向上勻速運動的傳送帶上相對靜止的物體等，這幾種情況中物體的相對運動趨勢都比較明顯。但是，像圖4中保持相對靜止并一起做變速運動的A、B兩物體，以及圖5中A、B、C三個物體疊放在一起，在外力F的作用下保持靜止，這些物體間相對運動的趨勢就較難判斷了。
筆者認為突破這一難點的有效方法應(yīng)是加強思維方法的指導(dǎo)，并且要注意堅持循序漸進的教學(xué)原則?？梢灾笇?dǎo)學(xué)生分別從兩種不同的角度來進行分析和推理：一種是先假設(shè)沒有靜摩擦力存在，分析物體能不能保持相對靜止？如果能保持相對靜止，則說明就不存在相對運動趨勢。反之，由將要發(fā)生的相對運動方向，不但可以判定物體存在相對運動的趨勢，而且還能知道這種相對運動趨勢的方向；另一種是根據(jù)靜摩擦力是被動力的特點，先假設(shè)物體間存在某一方向的靜摩擦力F，然后分析物體的受力情況，由物體保持相對靜止的條件，建立力學(xué)方程，解出靜摩擦力F的大小與方向，并檢驗假設(shè)是否正確。前一種方法適合于分析比較簡單的情況（可以直接判斷出物體在不受靜摩擦力作用時能否保持相對靜止），而后一種方法更具有普遍意義，但是這種方法的運用必須建立在具備分析受力的基本技能、能熟練應(yīng)用有關(guān)力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)之上才能順利進行。對于圖1、圖2 、圖3所示的情況，學(xué)生只需要觀察（實質(zhì)上是運用了前一種方法）就能判斷相對運動趨勢的存在，但這也是指導(dǎo)后一種思維方法的契機。方法的滲透應(yīng)從簡單的問題著手。對于剛進入高中的學(xué)生來講，在“第一章”學(xué)習(xí) “靜摩擦力”這一知識時，應(yīng)該把思維方法的掌握作為重點，討論的問題充其量只能到圖4中保持勻速運動的情況，至于變速運動的情況應(yīng)放到學(xué)過“第三章 運動定律”之后，圖5的問題放到學(xué)習(xí)了“第四章·物體的平衡”、掌握了隔離體解題法之后再研究（筆者不贊同將第一、四章合并教學(xué)的做法），這樣處理不至于開始就將學(xué)生難倒，對該難點的突破也非常有效。
力的合成與分解
（1）解“力三角形”
學(xué)生在初中雖然有力的圖示的基礎(chǔ)，有對平行四邊形法則的初步印象，但是，在理解表示力的有向線段時，其中“長度”的前概念會時常干擾著對“力的大小”的認識，使得學(xué)生在解“力三角形”時始終沒有解幾何三角形那么自如。在遇到“力三角形”之前，學(xué)生對力的圖示法往往是抱著一種被動接受的態(tài)度，而且“標度”會時刻提醒學(xué)生有向線段的長度就表示力的大小。到了求兩個互成角度的共點力的合力時（圖6所示 ），將長度轉(zhuǎn)換成力的大小并利用三角形的知識解出：
在這個過程中學(xué)生對“數(shù)”、“形”轉(zhuǎn)換就會感到別扭，以至于在實際應(yīng)用中只能死套公式，而不能靈活應(yīng)用三角形的知識去解已知條件不同的力三角形。比較典型的例子就是學(xué)生對圖7所示分解小球重力G時由兩個陰影三角形相似，建立等式感到難以理解。
學(xué)習(xí)心理學(xué)的理論告訴我們，學(xué)生的認識主要取決于他們頭腦中原有的圖式，而不完全取決于教師的講述……圖式不能被拋棄，我們只能對舊圖式加以改造和轉(zhuǎn)換，使之成為新的圖式。學(xué)生之所以不能靈活應(yīng)用幾何三角形的知識解“力三角形”，主要原因是“力三角形”的圖式?jīng)]有真正建立。因此，為了幫助學(xué)生順利實現(xiàn)“長度”到“力大小”、“幾何三角形”到“力三角形”的圖式轉(zhuǎn)換，就要讓學(xué)生充分參與“求兩個互成角度的共點力的合力”的實驗，體驗其中的研究方法，并且重視用作圖法求共點力合力的練習(xí)，讓學(xué)生在圖示法求合力向解析法求合力的逐步過渡過程中領(lǐng)悟“形”向“數(shù)”的轉(zhuǎn)換（筆者贊同“圖示法求合力”也要考查）。試想，如果是將平行四邊形法則以及有關(guān)公式直接告訴學(xué)生，再用練習(xí)來強化記憶，學(xué)生頭腦中的圖式就不可能得到真正的轉(zhuǎn)換，理解和應(yīng)用能力就難以得到提高。
（2）分解一個力
在力的分解過程中關(guān)于被分解的力（合力）有哪幾個作用效果是一個十分抽象的問題，學(xué)生由于缺少這方面的感性認識，因而對此問題感到很困難。
教學(xué)中突破這一難點的最好方法是設(shè)計一些實驗，如：圖8中臺秤讀數(shù)的減小顯示了斜向上拉力F具有豎直向上的作用效果、用軟板可演示鐵塊由于重力對斜面的作用效果（圖9）以及讓學(xué)生通過圖10所示的實驗體驗重力對支架的作用效果等，增加學(xué)生的感性認識，并引導(dǎo)學(xué)生由感性認識逐步上升到理性思維。
在“力的分解”教學(xué)中還應(yīng)該講究一定的策略。我們認為在“第一章”的教學(xué)中，研究力的分解只需要針對合力的幾個作用效果比較明顯的一些情況（類似課本上的例題、習(xí)題），而對于合力作用效果復(fù)雜的分解力問題暫時沒有必要涉獵。一方面在解決靜力學(xué)的有關(guān)問題時應(yīng)用共點力的平衡條件比用分解力的方法顯得更容易理解；另一方面復(fù)雜的力的分解問題對以后力學(xué)知識的學(xué)習(xí)沒有太大的價值，而且隨著力學(xué)知識的不斷學(xué)習(xí)，學(xué)生分析受力的能力將進一步提高，到那時學(xué)生認識合力的幾個作用效果將不再感到困難。因此，我們沒有必要在這個時刻、在這一問題上去“為難”學(xué)生。
加速度
加速度是學(xué)習(xí)高中物理將遇到的第一個較難的新概念，而且是一個十分重要的概念。“速度變化的快慢”本身就比較抽象，加上“速度”、“速度變化的大小”、“速度變化率” 以及加速度的方向與速度變化的關(guān)系等概念或規(guī)律交織在一起，很容易造成學(xué)生對加速度的有關(guān)問題混淆不清，使學(xué)生感到無所適從，給學(xué)生帶來極大的心理障礙。
教學(xué)中不能只告訴結(jié)論，應(yīng)該十分重視結(jié)論歸納的過程。讓學(xué)生從身邊事例的分析、對比過程中體驗、感悟，并引導(dǎo)學(xué)生進行概括和抽象。我們可以先列表給出汽車和火車起動階段速度變化的有關(guān)數(shù)據(jù)。比較數(shù)據(jù)后得出汽車和火車的速度都在變化，而且變化都是均勻的；汽車和火車速度變化的快慢不同。于是提出問題：不同的物體做勻加速直線運動，怎樣表示物體做勻變速直線運動時速度變化的快慢呢？引導(dǎo)學(xué)生回憶運動快慢的表示方法。通過類比猜測：速度變化的快慢可以用速度的變化量與所用時間的比值來表示。利用表格數(shù)據(jù)進行計算，對猜測加以檢驗。用符號t、v0、vt代替數(shù)據(jù)，得到加速度的定義式。引導(dǎo)學(xué)生由加速度的定義式得出加速度的定義及推導(dǎo)出加速度的單位。用具體數(shù)據(jù)比較不同物體的速度和加速度，引導(dǎo)學(xué)生得出：速度大加速度不一定就大；速度變化大，加速度不一定也大。用具體事例讓學(xué)生計算向右加速、向右減速、向左加速、向左減速四種情形的加速度值。讓學(xué)生通過比較得出加速度正負號的意義，并概況出a、v同向為加速，a、v反向為減速。
運動圖象
圖象法是物理學(xué)的一種重要研究方法，運動圖象的學(xué)習(xí)又是高中圖象法的入門。學(xué)生理解運動圖象的困難主要來自于數(shù)學(xué)知識向物理情景遷移過程中的障礙。例如：在圖11位移圖象中學(xué)生不容易理解AB段表示靜止?fàn)顟B(tài)，并且學(xué)生總以為圖11所示的位移圖線就是質(zhì)點運動的軌跡；還有對圖12、圖13 中圖線的斜率以及圖15、圖16中的陰影面積S所表示的物理意義感到很難理解……
教學(xué)中突破這一難點的做法：一是引導(dǎo)學(xué)生充分認識坐標軸所表示的含義，從分析圖線上點的物理意義著手來理解圖線反映的物理過程。如：圖11中縱坐標s所表示的是質(zhì)點對起點的位移，OA段上各點的位移逐漸變大，表明質(zhì)點是向同一方向（沿直線）運動，AB段上各點對起點的位移不變，表明質(zhì)點是在這一位置保持靜止，BC段上各點的位移逐漸變小表明質(zhì)點反向運動；二是要重視數(shù)學(xué)函數(shù)圖象向物理圖線的轉(zhuǎn)換。教學(xué)中常發(fā)現(xiàn)，圖象即使不變，坐標軸的符號換成了物理量的符號，學(xué)生往往不能由函數(shù)和自變量的關(guān)系順利遷移到對物理過程的理解。因此，要從學(xué)生數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)出發(fā)，抓住函數(shù)關(guān)系式這一要素，把實際的物理量賦予數(shù)學(xué)變量之中，將數(shù)學(xué)函數(shù)圖象轉(zhuǎn)換成物理圖線。例如：圖14的函數(shù)關(guān)系式是y＝kx，k是圖線的斜率，k＝tanα，那么圖12就相當(dāng)于將圖14中的y換成了位移s 、x換成了時間t，s＝vt就是圖線對應(yīng)的關(guān)系式，所以，v就相當(dāng)于k，即圖線的斜率就等于速度v（同理，圖13中圖線的斜率就等于加速度a）；三是要從簡單圖線著手，著眼于方法的指導(dǎo)，切實培養(yǎng)學(xué)生的識圖能力。前面對函數(shù)y＝kx圖象與s＝vt圖線進行的詳細對比就是基于這種考慮。再例如：要讓學(xué)生能夠理解v－t圖線包圍的面積就等于對應(yīng)時間內(nèi)的位移，就要先從勻速直線運動的v－t圖象出發(fā)，根據(jù)s＝vt，而vt就等于圖15中陰影部分的面積S。對于勻加速運動的情況（速度圖線如圖16所示）還要結(jié)合極限的知識總結(jié)出，當(dāng)每一小段時間間隔無限減小時，v－t圖象下方的面積就等于階梯形折線下方對應(yīng)各長方形面積總和，即等于勻變速運動的位移。
勻變速運動規(guī)律的應(yīng)用
勻變速運動規(guī)律應(yīng)用的難度在于公式多、物理量多且其中的矢量還有正負符號之分、運動過程的復(fù)雜或不確定（比如剎車后還要考慮什么時候停止等），對學(xué)生分析與綜合能力的要求很高。
教學(xué)中切忌急于求成，如果學(xué)生對有關(guān)公式還混淆不清就去研究較為復(fù)雜的問題，容易把學(xué)生搞得灰心喪氣。筆者認為熟能生巧的觀點對勻變速運動規(guī)律應(yīng)用的教學(xué)很有指導(dǎo)意義。
首先要求學(xué)生熟記公式 、、、、，并且要理解公式中各個物理量的含義，是矢量的還要搞清楚何時取正？何時取負？；然后通過對各種較為簡單運動過程的反復(fù)研究，熟悉公式，逐步結(jié)累公式的使用方法和技巧。加強一題多解，一題多變的演練，提高應(yīng)用公式的熟練程度，讓學(xué)生在遇到實際問題時能夠及時、準確的調(diào)用公式；一旦學(xué)生公式熟練、運用靈活，學(xué)生的能力就自然而然會提高，這時候再去研究較為復(fù)雜的運動學(xué)問題學(xué)生就不會再感到困難了。
以上只是討論了高中物理起始教學(xué)中有代表性的五個難點，我們的體會是，高中物理起始教學(xué)難點的形成首先是由于學(xué)生起始學(xué)習(xí)的原因，其次在于思維難度較大以及需要在物理情景中靈活應(yīng)用數(shù)學(xué)知識。分析教學(xué)難點不能忽視對學(xué)生的研究，難點的位置找準了，才有利于找到突破難點的有效方法。突破難點，首先要根據(jù)學(xué)生的認知特點以及知識和能力的基礎(chǔ)狀況制定分階段的教學(xué)目標，循序漸進、螺旋上升。要用發(fā)展的眼光來面對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，高中基礎(chǔ)年級的物理教學(xué)最忌諱就是不切實際地拔高要求、搞一步到位；其次要切實改進教學(xué)方法，強化實驗教學(xué)，開展探究性教學(xué)，充分展示知識的形成過程，使學(xué)生領(lǐng)悟知識的本質(zhì)以及接受科學(xué)思維方法的熏陶；再其次要加強學(xué)習(xí)方法的檢查和指導(dǎo)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；還要注意培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，包括預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、練習(xí)、交流的習(xí)慣以及多思善問的習(xí)慣，教育學(xué)生樹立堅強的意志，堅定學(xué)好物理的信念。
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