高中物理進(jìn)階式教學(xué)策略研究初探
——以人教版高中物理力學(xué)臨界極值問題為例

陳宏奎

(江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué) 215021)

智能化信息社會(huì)的快速到來亟需現(xiàn)代高中生在學(xué)習(xí)中逐步形成物理觀念，科學(xué)思維，實(shí)驗(yàn)探究，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等多維度的個(gè)人核心素養(yǎng)， 以滿足個(gè)人終身發(fā)展需要和適應(yīng)社會(huì)大形勢(shì).

高階思維能力是一種高層次認(rèn)知水平上的心智活動(dòng)和認(rèn)知能力，學(xué)生的高階思維能力發(fā)展是可以培養(yǎng)和訓(xùn)練的，而通過優(yōu)化課堂教學(xué)過程設(shè)計(jì)，優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)交流方式，優(yōu)化師生教學(xué)對(duì)話等方式，肯定是必要的革新途徑，只有這樣才能有效提升學(xué)生問題解決能力、決策力、批判性思維能力和創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)高層次的思維性人才.

筆者在平時(shí)教學(xué)行為中積極實(shí)施進(jìn)階式教學(xué)策略，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效益.下面以人教版高中物理力學(xué)臨界極值問題為例略談對(duì)進(jìn)階式教學(xué)策略的具體實(shí)施手段及教學(xué)建議.

對(duì)策情境模型創(chuàng)建建議：圓錐擺模型

在長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)繩下端拴一個(gè)質(zhì)量為m的小物體，繩子上端固定，設(shè)法使小物體在水平圓周上以大小恒定的角速度旋轉(zhuǎn)，細(xì)繩所掠過的路徑為圓錐表面，這就是圓錐擺模型,如圖2所示.

學(xué)習(xí)小組分析交流：

小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，

mgtanθ=mω2Lsinθ

施教過程建議： 小組合作(推導(dǎo)交流研究結(jié)論并輔助實(shí)驗(yàn)演示)

①擺線拉力的豎直分力始終等于小球重力，擺線拉力的水平分力提供向心力(圓錐擺的擺角θ肯定為銳角),如圖3所示.

真題1.兩根長(zhǎng)度不同的細(xì)線下面分別懸掛著小球，細(xì)線上端固定在同一點(diǎn)，若兩個(gè)小球以相同的角速度，繞共同的豎直軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則兩個(gè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中的相對(duì)位置關(guān)系如圖4正確的是( ).

解析選B

說明：明晰了圓錐擺模型的要義及其相關(guān)知識(shí)，答案顯而易見！

案例2 如圖5所示，物體A放在物體B上，物體B放在光滑的水平面上，已知mA=6kg，mB=2kg.A、B間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.A物體上系一細(xì)線，細(xì)線能承受的最大拉力是20 N，水平向右拉細(xì)線，g取10m/s2，下述中正確的是( ).

A．當(dāng)拉力0

B．當(dāng)拉力F>12N時(shí)，A相對(duì)B滑動(dòng)

C．當(dāng)拉力F=16N時(shí)，B受到A的摩擦力等于4N

D．在細(xì)線可以承受的范圍內(nèi)，無論拉力F多大，A相對(duì)B始終靜止

對(duì)策1.情境模型創(chuàng)建建議：疊加體模型

如圖5所示，A、B兩物塊的質(zhì)量分別為m1和m2(m1=m2)，靜止疊放在水平地面上.A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1，A與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2.F為對(duì)A施加的水平拉力，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g.

2.施教過程建議：實(shí)驗(yàn)演示結(jié)合進(jìn)階問題的研究交流組織教學(xué)

(1)若μ2=0，F(xiàn)為對(duì)A施加的水平拉力，為使A、B能保持相對(duì)靜止，求F的范圍.

(2)若μ2=0，F(xiàn)改為對(duì)B施加的水平拉力，為使A、B能保持相對(duì)靜止，求F的范圍.

(3)若μ1≠0、μ2≠0且μ1≠μ2，F(xiàn)為對(duì)A施加的水平拉力:①為使A、B均能靜止，求F的范圍;②為使A、B能保持相對(duì)靜止，求F的范圍;③為使A、B能相對(duì)運(yùn)動(dòng)，求F的范圍.

(4)若μ1≠0、μ2≠0且μ1≠μ2，F(xiàn)改為對(duì)B施加的水平拉力:①為使A、B均能靜止，求F的范圍;②為使A、B能保持相對(duì)靜止，求F的范圍;③為使A、B能相對(duì)運(yùn)動(dòng)，求F的范圍.

(5)若μ1≠0、μ2≠0且μ1≠μ2，F(xiàn)為對(duì)A施加的水平拉力

分析交流通過受力分析知物體A與B共同加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，A的加速度由外力F和B對(duì)A的靜摩擦力的合力提供；而B的加速度僅由A對(duì)B的靜摩擦力提供.A的加速度隨外力F增大可以一直增大到很大，而對(duì)于B物體，能獲得的最大加速度的臨界條件是A、B間的靜摩擦力達(dá)到最大值，可以先對(duì)整體受力分析根據(jù)牛頓第二定律列式,再對(duì)受力少的B物塊受力分析求出臨界加速度，然后聯(lián)立求解.

真題1.如圖6所示，A、B兩物塊的質(zhì)量分別為2m和m，靜止疊放在水平地面上.A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ/2.最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g.現(xiàn)對(duì)A施加一水平拉力F，則下列說法錯(cuò)誤的是( ).

A．當(dāng)F<2μmg時(shí)，A、B都相對(duì)地面靜止

C．當(dāng)F>3μmg時(shí)，A相對(duì)B滑動(dòng)

解析選A

案例3如圖7所示，在汽車中懸掛一小球，當(dāng)汽車在作勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸線不在豎直方向上，則當(dāng)懸線保持與豎直方向夾角為θ時(shí)，汽車的加速度有多大？并討論夾角為θ隨汽車的加速度a的變化情況.

學(xué)習(xí)小組分析交流：

受力分析結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律得Ftanθ=ma

a=gtanθ……

真題1.如圖8所示，一斜面放在水平地面上，傾角θ=53°，一個(gè)質(zhì)量為0.2 kg的小球用細(xì)繩吊在斜面頂端，如圖8所示．斜面靜止時(shí)，球緊靠在斜面上，繩與斜面平行，不計(jì)斜面與水平面的摩擦，當(dāng)斜面以10 m/s2的加速度向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，求細(xì)繩的拉力及斜面對(duì)小球的彈力．(g取10 m/s2)

拓展：若給定的斜面加速度方向水平向左呢？

提醒利用推導(dǎo)出的公式a=gtanθ，分析加速度a和角度θ的關(guān)系，可以很快幫同學(xué)們建立起細(xì)線牽引擺球的擺起角度θ隨加速度a的增大而增大(反之亦然)的動(dòng)態(tài)畫面感形象思維.通過問題式進(jìn)階學(xué)習(xí)，訓(xùn)練了同學(xué)們的高階思維能力，遇到類似情境的變形變異題(如真題1)，自己也逐漸學(xué)會(huì)研究并進(jìn)行分析了.

基于核心素養(yǎng)的物理教學(xué)要求教師轉(zhuǎn)變觀念，由物理教學(xué)轉(zhuǎn)向物理教育.也就是由關(guān)注知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)向?qū)θ说年P(guān)注.在物理教學(xué)中，如何做好物理模型的前期鋪墊工作，以達(dá)到緩沖的效果，這是教師教學(xué)藝術(shù)性的體現(xiàn)，見仁見智.但教學(xué)效益良好的教師都有一個(gè)共性，對(duì)知識(shí)點(diǎn)小切口引入并采用降低起點(diǎn)，放慢速度，減緩難度的辦法，造成一個(gè)較為平緩的知識(shí)過渡，以便使更多的學(xué)生能順利達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，而如何化解學(xué)科教學(xué)中的“重難點(diǎn)”，善于做好知識(shí)體系的平緩過渡，做到化繁為簡(jiǎn)、化難為易就應(yīng)該是教師教學(xué)的至高追求了.