繆小燕 蔡蓓蓓 沈亞華 朱建武

(江蘇省如東縣馬塘中學(xué)，江蘇 南通 226401)

培養(yǎng)高中生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，即促使學(xué)生形成正確的物理觀念，學(xué)會(huì)科學(xué)思維方法，具備一定的科學(xué)探究能力，并能樹(shù)立科學(xué)態(tài)度、增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。本文結(jié)合力學(xué)教學(xué)案例，探討培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)、使之漸見(jiàn)實(shí)效的途徑。

1 活用基礎(chǔ)知識(shí)

扎實(shí)、靈活地運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和基本思想方法，是培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知、合作、創(chuàng)新等關(guān)鍵能力的基礎(chǔ)。物理教學(xué)緊密聯(lián)系生活實(shí)際，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)規(guī)律，甚至能感悟出人生哲理。讓學(xué)生體驗(yàn)到拓展學(xué)習(xí)暫有困難，激發(fā)學(xué)生對(duì)新知學(xué)習(xí)的渴望，這些都有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

例1：一木塊質(zhì)量為m，平放在水平地面上，與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ?，F(xiàn)用與水平方向成α角斜向上的拉力，使木塊沿水平地面作勻速直線運(yùn)動(dòng)，求拉力大小。

讓學(xué)生首先做到：能運(yùn)用物體受力分析、共點(diǎn)力平衡、力的正交分解等所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和方法，畫出受力示意圖和拉力正交分解圖，列出水平、豎直方向力的平衡等式及滑動(dòng)摩擦力表達(dá)式，推導(dǎo)得出拉力大小F1=μmg/(cosα+μsinα)。

變式1：改用與水平方向成α角斜向下的推力，木塊仍沿水平地面作勻速直線運(yùn)動(dòng)，求推力大小。與前一問(wèn)中拉力相比較，你發(fā)現(xiàn)了什么？

學(xué)生運(yùn)用同樣思路、方法得出推力F2=μmg/(cosα-μsinα)。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)力的表達(dá)式僅分母中“+”“-”不同，顯然在斜向上拉時(shí)省力，在實(shí)際生活中人們能普遍運(yùn)用此原理。

變式2：用與水平方向成α角斜向下的推力時(shí)，原來(lái)靜止的木塊一定能啟動(dòng)嗎？

學(xué)生經(jīng)過(guò)討論，發(fā)現(xiàn)木塊“啟動(dòng)”的受力條件是：要求動(dòng)力能夠克服最大靜摩擦力，即Fcosα>μ(mg+Fsinα)。但因?yàn)椤靶毕蛳峦啤痹黾拥淖枇棣蘁sinα，如果Fcosα≤μFsinα，即μ≥cotα?xí)r，無(wú)論推力多大，都不可能“啟動(dòng)”，即出現(xiàn)所謂“自鎖”的現(xiàn)象。師生通過(guò)交流，感悟出學(xué)習(xí)生活中不能只用“蠻勁”，還得會(huì)用“巧力”。

變式3：用與水平方向成α角斜向上的拉力時(shí)，改變?chǔ)两堑拇笮。苁估ψ钚幔?/p>

學(xué)生學(xué)習(xí)了三角函數(shù)知識(shí)，能解決此問(wèn)題。但靈活運(yùn)用物理思想方法，可以另辟蹊徑。

通過(guò)變式教學(xué)，促使學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決問(wèn)題，科學(xué)思維使學(xué)生茅塞頓開(kāi)，數(shù)學(xué)方法也令人神往，學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等都得到了培養(yǎng)。

2 數(shù)理密切結(jié)合

學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中正確運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，數(shù)理結(jié)合促成知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，可以找到解決問(wèn)題的方法，形成經(jīng)驗(yàn)、技巧和適度的思維定勢(shì)，但教師要警示學(xué)生在問(wèn)題解決中應(yīng)該不忘聯(lián)系實(shí)際，防止“想當(dāng)然”犯錯(cuò)。

例2：求例1中α角滿足什么條件時(shí)拉力有最小值？

變式1：若斜面傾角為θ，使木塊沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng)，求拉力最小值。

變式2：若斜面傾角為θ，使木塊沿斜面向下勻速運(yùn)動(dòng)，求拉力最小值。

例3：例1中若斜向上拉力為F，使木塊沿水平地面作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，求α角滿足什么條件時(shí)木塊的加速度有最大值？

變式1：若斜面傾角為θ，木塊沿斜面向上勻加速直線運(yùn)動(dòng)，求加速度的最大值。

變式2：若木塊豎直向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度的最大值為多大？

不能陷于“套路”，此時(shí)拉力方向豎直向上，加速度最大值為F/m-g。盡管沒(méi)有摩擦阻力了，但加速度最大值與例3中的相比較，顯然小一些。

交流、感悟：“腳踏實(shí)地”雖有摩擦阻力，但效果不一定比“騰空而上”差。原因何在？學(xué)生分析后得出結(jié)論：因?yàn)樨Q直向上運(yùn)動(dòng)時(shí)重力完全充當(dāng)阻力。

當(dāng)學(xué)生在高二學(xué)習(xí)了導(dǎo)數(shù)后，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“導(dǎo)數(shù)最值法”重解陳題，有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和靈活應(yīng)用數(shù)理知識(shí)的興趣，切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生注重?cái)?shù)理深度結(jié)合的能力。

在物理教學(xué)中應(yīng)該始終重視數(shù)理密切結(jié)合，它可以有效提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3 探究實(shí)際問(wèn)題

讓學(xué)生主動(dòng)探究開(kāi)放性實(shí)際問(wèn)題，不僅可以強(qiáng)化科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的訓(xùn)練，激發(fā)合作探究的興趣和熱情，而且可“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”地進(jìn)行合作精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的教育。

例4：一木塊質(zhì)量m=1kg，平放在水平地面上，與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，現(xiàn)同時(shí)施加大小分別為F1=6N與F2=8N而方向不限的兩個(gè)拉力，使木塊作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，取重力加速度g=10m/s2，求什么情況下木塊的加速度有最大值？

此題為開(kāi)放性問(wèn)題，其中兩個(gè)拉力方向不限，木塊也不限于沿水平地面運(yùn)動(dòng)。學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行變式探究：(1) 當(dāng)兩拉力及運(yùn)動(dòng)方向都豎直向上時(shí)，a1=4m/s2；(2) 當(dāng)兩拉力及運(yùn)動(dòng)方向都沿水平地面時(shí)，a2=12m/s2；(3) 當(dāng)F1=6N豎直向上、F2=8N沿水平方向、木塊沿水平地面運(yùn)動(dòng)時(shí)，a3=7.2m/s2；(4) 當(dāng)F2=8N豎直向上、F1=6N沿水平方向、木塊沿水平地面運(yùn)動(dòng)時(shí)，a4=5.6m/s2；(5) 當(dāng)F1=6N豎直向上、F2=8N與水平方向成α角斜向上時(shí)，木塊沿水平地面運(yùn)動(dòng)，采用“構(gòu)造函數(shù)法”或“導(dǎo)數(shù)最值法”，得最大加速度a5=7.36m/s2。

教師提問(wèn)：既然情況(1)效果較差，情況(2)效果較好，而情況(5)效果好于情況(3)，這些說(shuō)明什么？學(xué)生感悟：既要“齊心協(xié)力”，兩個(gè)拉力方向相同，又要“腳踏實(shí)地”，沿水平地面運(yùn)動(dòng)，更要調(diào)整好用力的最佳角度。兩個(gè)拉力的最大合力F=14N，設(shè)F與水平方向成α角斜向上，采用構(gòu)造函數(shù)法或?qū)?shù)最值法，得木塊沿水平地面運(yùn)動(dòng)的加速度最大值為12.3m/s2。

圖1

例5：如圖1所示，斜面體ABC的傾角為60°，O點(diǎn)在C點(diǎn)的正上方且與A點(diǎn)等高，現(xiàn)從O點(diǎn)向斜面AC構(gòu)建光滑軌道OM、ON、OP，M、N、P分別為AC的四等分點(diǎn)。一小球從O點(diǎn)由靜止開(kāi)始分別沿OM、ON、OP運(yùn)動(dòng)到斜面上，所需時(shí)間依次為tM、tN、tP，則這三段時(shí)間在大小上有什么關(guān)系？若從O點(diǎn)向斜面AC構(gòu)建光滑直線軌道，由靜止開(kāi)始以最短時(shí)間運(yùn)動(dòng)到斜面上，求該軌道與水平方向夾角θ多大？

首先啟發(fā)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、揭示“等時(shí)圓”規(guī)律，讓學(xué)生在圖1中找到M、N、P在OC直線上對(duì)應(yīng)的“等時(shí)點(diǎn)”，便易發(fā)現(xiàn)tM>tP>tN。

4 結(jié)語(yǔ)

我們?cè)谡n堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)漸見(jiàn)實(shí)效，目前只是初步嘗試，還須深入學(xué)習(xí)、不懈探索。