以《力的合成》为例谈发现式高中物理课堂的构建オ

上世纪60年代，布鲁纳（J・s・Bruner） 倡导“发现式学习”（DiscoveryLeanling），他的出发点在于从小培养科学家，用培养科学家的模式来培养学生，重视培养迎合社会顶层需要的尖端人才.发现式高中物理课堂是师生互动、探究和求证知识的过程，对于中学生而言，“发现式”学习不是非得寻求人类尚未知道的事物，指的是学生用自身的头脑亲自获取或通过小组合作获取知识的一切有效学习方式，也可以是学生通过自身的逻辑思维将一个物理概念与另外一个物理概念用一定的关系联系起来的过程.发现式高中物理课堂就是尽可能地创设情境引导学生合作探究新的物理知识、规律，帮助学生找到物理量之间关系的课堂教学模式.本文以《力的合成》教学为例，就发[JP3]现式高中物理课堂的构建进行分析，望能有助于课堂教学实践.

一、分层次发现，逐渐深化认知

《力的合成》这节课是一节很经典的课，如何引导学生发现规律呢？笔者在教学过程中进行了如下的尝试，将整节课的教学内容分成了如下几块，设置情境引导学生“发现”.

1.发现“作用效果”相等

“等效替代”是合力与几个分力之间的物理关系.

情境1展示生活中两个女同学（同一方向上的两个力提一个重物）和一个男同学（一力提重物）的图片，请学生用自己的语言描述自己发现的“力学信息”.

发现1一个力的作用效果与几个力共同作用效果相同.

合力与分力的概念自然得到.而且还能联系到初中的知识得到两分力方向相同时合力等于两力之和.

设计意图通过生活化的情境引导学生自主发现分力与合力作用效果相等，可以等效替代，而这个恰恰就是整节课的核心，实验的出发点.

2.发现“互成角度的两个力”的合力

情境2在黑板上画两根绳子成角度吊起一个2.5 N的重物，联系学生原有的认知：两根绳子上都有力，且沿着绳子.

问题1能否找到一个力作用效果与两根绳子的作用效果相同？

发现2[JP3]可以找到，这个力大小等于2.5 N，方向竖直向上.

设计意图发现2是在发现1的基础上的第一次递进，从“作用效果相等”这个层面找到了合力，这一次得到是物理意义上的定性分析的量化结果，是和学生对“等效代替”的一次意识上的强化.

3.发现“互成角度的两个力”的合力不等于两分力代数和

情境3拿出自制的实验板，两根绳子互成角度吊起5个钩码（2.5 N），将其中一根绳套跨过滑轮吊3个钩码（1.5 N），另一根绳子固定.

问题2另一根绳子拉力多大？

学生这时异口同声是1 N，为什么？前面有这样经验.

情境4用弹簧测力计测这一个拉力，让学生读数、发现.

发现3发现另一根绳子拉力不等于1 N.

进一步实验操作引导学生继续发现.

发现4“互成角度的两个力”的合力大于两分力代数和；发现弹簧测力计测这一个拉力大小变化的时候，两个分力的方向、绳子的结点都在变化；“互成角度的两个力”的合力不仅与分力的大小有关，还与方向、作用点有关.

设计意图矢量的加法学生是不熟悉的，是容易简单地认为是代数和，出错是很正常的，通过这样的设计，有效制造了认知冲突，学生的探究欲望被有效激发.

[HJ0.95mm]

4.发现“互成角度的两个力”的合力与分力的关系

（1）自主实验：在同一张白纸上作出合力、分力的图示.

由于实验板子与演示实验板子相同，这里在实验前只需要和学生讨论的核心问题：各力的作用点在哪？如何记录各力的大小？如何记录各力的方向？（合力的方向）

学生自主实验，教师课堂巡视，帮助学生发现实验操作上存在的问题，让学生在体验和对比中发现正确的实验操作办法.接着展示成果.

（2）发现“平行四边形”

合力与分力之间有怎样的关系，学生用尺量长度、用量角器量角度，还是得不到统一的规律，怎么办？作辅助线.

实验时，要求每个实验小组做4次实验，每个同学作一张图，展示几个特殊的实验结果“菱形”、“矩形”和一般的“平行四边形”，由于自制教具的误差很小，各个小组大致都能发现“平行四边形”，说明这个关系经得起实践检验的，具有普适性；

发现5两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作[JP3]平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向.

设计意图这个环节是本节课的重点、难点，分两个步骤给学生提供了支架，让学生的探究变得有序，发现的规律更有价值.

5.发现“互成角度的两个力”的合力变化范围

任务已知两个力大小分别为90 N和120 N，用图示法求这两个力夹角为60°、90°、120°、150°时，合力的大小.

每个学习小组正好是4个同学，每人用作图法完成一个，正好应用平行四边形定则；然后讨论发现规律.

发现6两分力大小不变，角度越来越大，合力越来越小.

从这几个特殊角度出发的发现对么？展示flash，和学生一起验证，并归纳出合力的变化范围：|F1-F2|≤F≤ F1+F2.

设计意图设置具体的任务让学生在应用的过程中内化前面得到的规律.

6.发现“多个力求合力”的办法

情境PPT展示多个力，提出问题如何求合力？这个问题是今天学习的延伸，学生的认知基础是两个力求合力，那么他们能想到的自然是两个两个求合力.

发现发现“多个力求合力”的办法――仍然是平行四边形.

设计意图旨在拓展延伸，笔者认为还可以进一步引申：“平行四边形定则”除了用于合成力，还有没有其他用途呢？主[JP3]动介绍后面的运动的合成与分解也可以用，它是矢量合成法则.

二、几点感悟

长期将发现式学习用于高中物理课堂教学过程中，发现其教学效果有如下几个方面：

（1）保证了教学的质量，由于是学生的自主发现，所以有助于学生对知识的理解、记忆和长期保持，发现式教学加强了思维能力培养，因而也带动了学生对物理知识的理解、掌握和运用；

（2）长期地实施，有助于学生学习习惯的养成，促使学生的外部学习动机向内在的学习动机有效转化，最终实现学习能力的正增长；

（3）有效地促进了学生思维的发展，因为发现是基于一定的认知基础才能发现的，发现问题能力是在不断发现的过程中能够得以有效提升的；

（4）问题的发现仅仅是发现式学习的第一个环节，在发现问题后，尤其是自主发现问题后，学生的好奇心被有效激发，驱动问题的探索与解决，长期坚持用发现式学习组织教学，有助于培养学生探索问题的和独立解决问题的态度和精神，有效提升学生的科学素养.